CN111208606A - 一种光波导及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体工艺技术领域，尤其涉及一种光波导及其制作方法，该方法包括：提供一衬底；在衬底上表面形成第一下包层；在衬底下表面形成第二下包层；在第一下包层上表面形成波导结构；在第一下包层上表面和波导结构上形成第一上包层；在第二下包层下表面形成第三下包层；在第一上包层上表面形成第二上包层；在第三下包层下表面形成第四下包层，通过在硅片正反面多次沉积相同材料的方法，将圆片正反面进行应力匹配，有效避免了由于单面沉积膜本身应力过大或者由于单面沉积膜过厚且高温退火释放应力造成的硅片翘曲，进而改善了硅片翘曲的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体工艺技术领域，尤其涉及一种光波导的制作方法。
背景技术
光波导(optical waveguide)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。
由于现有的光波导在波导结构上形成该上包层结构时沉积的膜本身应力过大或者由于该沉积膜过厚且高温退火后释放的应力过大，造成硅片翘曲，硅片翘曲危害很大，容易造成器件内部膜层开裂，影响光刻均匀性或造成刻蚀背面无法吸附等问题。
因此，如何改善硅片翘曲是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的光波导及其制作方法。
一方面，本发明实施例提供了一种光波导的制作方法，包括：
提供一衬底；
在所述衬底上表面形成第一下包层；
在所述衬底下表面形成第二下包层；
在所述第一下包层上表面形成波导结构；
在所述第一下包层上表面和所述波导结构上形成第一上包层；
在所述第二下包层下表面形成第三下包层；
在所述第一上包层上表面形成第二上包层；
在所述第三下包层下表面形成第四下包层。
进一步地，所述第一下包层的厚度与所述第二下包层的厚度相等。
进一步地，所述第一下包层与所述第二下包层均为二氧化硅层，所述第一下包层的厚度与所述第二下包层的厚度均为1μm～20μm。
进一步地，所述第一上包层的厚度与所述第三下包层的厚度。
进一步地，所述在所述第一下包层上表面形成波导结构，具体包括：
在所述第一下包层上表面形成芯层；
对所述芯层进行刻蚀，形成所述波导结构。
进一步地，所述芯层具体为Si3N4层，所述芯层的厚度为100nm～2μm。
进一步地，所述在所述第一下包层上表面和所述波导结构上形成第一上包层，具体包括：
采用高温氧化气相沉积工艺在所述第一下包层上表面和所述波导结构上形成所述第一上包层；
所述在所述第二下包层下表面形成第三下包层，具体包括：
采用高温氧化气相沉积工艺在所述第二下包层下表面形成所述第三下包层。
进一步地，所述第一上包层的厚度和所述第三下包层的厚度相等。
进一步地，所述第一上包层和所述第三下包层均为二氧化硅层，所述第一上包层的厚度和所述第三下包层的厚度均为400nm～4μm。
进一步地，所述第二上包层的厚度与所述第四下包层的厚度相等。
进一步地，所述第二上包层与所述第四下包层均为所述二氧化硅层，所述第二上包层的厚度与所述第四下包层的厚度均为1μm～20μm。
另一方面，本发明还提供了一种光波导，包括：
衬底；
第一下包层，位于所述衬底上表面；
第二下包层，位于所述衬底下表面；
波导结构，位于所述第一下包层上表面；
第一上包层，位于所述第一下包层上表面和所述波导结构上；
第三下包层，位于所述第二下包层下表面；
第二上包层，位于所述第一上包层上表面；
第四下包层，位于所述第三下包层下表面。
进一步地，所述第一下包层的厚度与所述第二下包层的厚度相等。
进一步地，所述第一下包层与所述第二下包层均为二氧化硅层，所述第一下包层的厚度与所述第二下包层的厚度均为1μm～20μm。
进一步地，所述第一上包层的厚度与所述第三下包层的厚度。
进一步地，所述第一上包层与所述第三下包层均为二氧化硅层，第一上包层的厚度与所述第三下包层的厚度均为400nm～4μm。
进一步地，所述第二上包层的厚度与所述第四上包层的厚度相等。
进一步地，所述第二上包层与所述第四上包层均为二氧化硅层，所述第二上包层的厚度与所述第四上包层的厚度均为1μm～20μm。
进一步地，所述波导结构具体为Si3N4层，所述波导结构的厚度为100nm～20μm。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明提供一种光波导的制作方法，包括：提供一衬底；在衬底上表面形成第一下包层；在衬底下表面形成第二下包层；在第一下包层上表面形成波导结构；在第一下包层上表面和波导结构上形成第一上包层；在第二下包层下表面形成第三下包层；在第一上包层上表面形成第二上包层；在第三下包层下表面形成第四下包层，通过在硅片正反面多次沉积相同材料的方法，将圆片正反面进行应力匹配，有效避免了由于单面沉积膜本身应力过大或者由于单面沉积膜过厚且高温退火释放应力造成的硅片翘曲，进而改善了硅片翘曲的问题。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考图形表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本发明实施例中光波导的制作方法的步骤流程示意图；
图2-图9示出了本发明实施例中光波导的制作过程示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例一
本发明实施例提供了一种光波导的制作方法，如图1、以及图2～图9所示，包括：S201，提供一衬底301；
S202，在衬底301上表面形成第一下包层302；
S203，在衬底301下表面形成第二下包层303；
S204，在第一下包层302上表面形成波导结构304；
S205，在第一下包层302上表面和波导结构304上形成第一上包层305；
S206，在第二下包层302下表面形成第三下包层306；
S207，在第一上包层305上表面形成第二上包层307；
S208，在第三下包层306下表面形成第四下包层308。
在一种可选的实施方式中，如图2所示，所提供的衬底301具体可以是硅基衬底，硅基衬底可以为体硅衬底，例如，为P型硅衬底，或者为N型硅衬底。
如图3所示，S202中，在该衬底301上表面形成第一下包层302，具体可以是采用高温热氧化工艺在该衬底301上表面形成该第一下包层302。
该高温热氧化工艺具体为干法氧化工艺，或者为湿法氧化工艺。
同样，在S203中，在该衬底301下表面形成第二下包层303，具体也可采用高温热氧化工艺在该衬底301下表面形成该第二下包层303。
当然，该S202与S203的先后顺序并不作具体限定，可以是先在衬底301上表面形成第一下包层302，也可以是先在衬底302下表面形成第二下包层303，以使圆片正反面的应力相匹配即可。
在一种可选的实施方式中，该第一下包层302的厚度与第二下包层的厚度303相等，以使圆片正反面的应力相匹配。
在一种可选的实施方式中，该第一下包层302与第二下包层303均为二氧化硅层，该第一下包层302的厚度与第二下包层303的厚度均为1μm～20μm。
接着，如图4、图5所示，执行S204，在该第一下包层302上表面形成波导结构304。
具体地，在该第一下包层上表面形成芯层3041；再对该芯层3041进行刻蚀，形成波导结构304。可以通过薄膜沉积工艺和刻蚀工艺形成该波导结构304，具体包括：
采用低压化学气相沉积工艺在第一下包层302上表面形成芯层3041，该芯层3041用于形成波导结构304。
在一种可选的实施方式中，该芯层3041具体为Si3N4层，该芯层3041的厚度具体为100nm～2μm。
再采用干法刻蚀工艺对该芯层进行刻蚀，形成波导结构304。
在一种可选的实施方式中，该干法刻蚀工艺可以是反应离子刻蚀工艺，还可以是等离子刻蚀工艺。具体地，在该芯层3041的上表面形成光刻胶层或者采用掩膜版，对待形成该波导结构304的部分进行保护，对未进行保护的芯层3041的其他区域进行刻蚀，直至到达该第一下包层302，最后去除该光刻胶或者移开该掩膜版，即形成该波导结构304。
接着，如图6所示，执行S205，在第一下包层302上表面以及波导结构304上形成第一上包层305。
具体地，采用高温氧化(high-temperature oxidation)气相沉积工艺在该第一下包层302上表面和波导结构304上形成该第一上包层305。
其中，该高温氧化气相沉积工艺的温度为800度～1000度，反应式：SiH2Cl2+2N2O→SiO2+2N2+2HCl。由于采用高温氧化气相沉积工艺沉积的第一上包层更为致密，更有利于波导的传输，因而显著降低了波导的传输损耗。
如图7所示，执行S206，在第二下包层303下表面形成第三下包层306。
具体地，采用高温氧化气相沉积工艺在该第二下包层303下表面形成第三下包层306。这里采用的工艺与上述形成第一上包层305的工艺相同。
其中，S205与S206并不限定先后顺序，可以是先形成第一上包层305，也可以是先形成第三下包层306，以使圆片正反面的应力相匹配即可。
在一种可选的实施方式中，该第一上包层305的厚度与该第三下包层306的厚度相等，以使圆片正反面的应力相匹配。
在一种可选的实施方式中，上述所形成的第一上包层305和第三下包层306均为二氧化硅层，该第一上包层305的厚度和第三下包层306的厚度均为400nm～4μm。
然后，如图8所示，执行S207，在第一上包层305上表面形成第二上包层307。
具体地，采用等离子体化学气相沉积工艺在该第一上包层305上表面形成第二上包层307。
如图9所示，执行S208，在该第三下包层306下表面形成第四下包层308。
具体地，同样采用等离子体化学气相沉积工艺在该第三下包层306下表面沉积形成该第四下包层308。
当然，该S207和S208的先后顺序并不作具体限定，可以是先在第一上包层305上表面形成第二上包层307，也可以是先在第三下包层306下表面形成第四下包层308，以使圆片正反面的应力相匹配即可，进而有效避免由于单面沉积膜本身应力过大或者由于单面沉积膜过厚且高温退火后释放应力造成的硅片翘曲。
在一种可选的实施方式中，该第二上包层307的厚度与第四下包层308的厚度相等，以使圆片正反面的应力相匹配。
在一种可选的实施方式中，该第二上包层307与第四下包层308均为二氧化硅层，该第二上包层307的厚度与该第四下包层308的厚度均为1μm～20μm。
需要说明的是，本实施例为了解决半导体工艺过程中沉积膜过厚导致的硅片翘曲问题，因此，提出通过多次在硅片正反面沉积相同厚度相同材料的方法，可以应用在制作其他需要沉积较厚膜的工艺过程中，不仅限于本发明中的光波导的制作过程中。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明提供一种光波导的制作方法，包括：提供一衬底；在衬底上表面形成第一下包层；在衬底下表面形成第二下包层；在第一下包层上表面形成波导结构；在第一下包层上表面和波导结构上形成第一上包层；在第二下包层下表面形成第三下包层；在第一上包层上表面形成第二上包层；在第三下包层下表面形成第四下包层，通过在硅片正反面多次沉积相同材料的方法，将圆片正反面进行应力匹配，有效避免了由于单面沉积膜本身应力过大或者由于单面沉积膜过厚且高温退火释放应力造成的硅片翘曲，进而改善了硅片翘曲的问题。
实测现有技术形成的圆片翘曲大于40μm，而实测采用本发明实施例的形成的圆片翘曲小于10μm。可见，采用本发明实施例的技术方案可以有效降低翘曲大小。
实施例二
基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种光波导，如图9所示，包括：
衬底301；
第一下包层302，位于所述衬底301上表面；
第二下包层303，位于所述衬底301下表面；
波导结构304，位于所述第一下包层302上表面；
第一上包层305，位于所述第一下包层302上表面和所述波导结构304上；
第三下包层306，位于所述第二下包层303下表面；
第二上包层307，位于所述第一上包层305上表面；
第四下包层308，位于所述第三下包层306下表面。
具体地，该衬底301可以为硅基衬底，硅基衬底可以为体硅衬底，例如P型硅衬底，或者N型硅衬底。
在一种可选的实施方式中，所述第一下包层的厚度与所述第二下包层的厚度相等。
在一种可选的实施方式中，所述第一下包层302与所述第二下包层303均为二氧化硅层，所述第一下包层302的厚度与所述第二下包层303的厚度均为1μm～20μm。
在一种可选的实施方式中，所述第一上包层的厚度与所述第三下包层的厚度。
在一种可选的实施方式中，所述第一上包层305与所述第三下包层306均为二氧化硅层，第一上包层305的厚度与所述第三下包层306的厚度均为400nm～4μm。
在一种可选的实施方式中，所述第二上包层的厚度与所述第四上包层的厚度相等。
在一种可选的实施方式中，所述第二上包层307与所述第四上包层308均为二氧化硅层，所述第二上包层307的厚度与所述第四上包层308的厚度均为1μm～20μm。
在一种可选的实施方式中，所述波导结构304具体为Si3N4层，所述波导结构304的厚度为100nm～20μm。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (18)
1.一种光波导的制作方法，其特征在于，包括：
提供一衬底；
在所述衬底上表面形成第一下包层；
在所述衬底下表面形成第二下包层；
在所述第一下包层上表面形成波导结构；
在所述第一下包层上表面和所述波导结构上形成第一上包层；
在所述第二下包层下表面形成第三下包层；
在所述第一上包层上表面形成第二上包层；
在所述第三下包层下表面形成第四下包层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一下包层的厚度与所述第二下包层的厚度相等。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一下包层与所述第二下包层均为二氧化硅层，所述第一下包层的厚度与所述第二下包层的厚度均为1μm～20μm。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述第一下包层上表面形成波导结构，具体包括：
在所述第一下包层上表面形成芯层；
对所述芯层进行刻蚀，形成所述波导结构。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述芯层具体为Si3N4层，所述芯层的厚度为100nm～2μm。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述第一下包层上表面和所述波导结构上形成第一上包层，具体包括：
采用高温氧化气相沉积工艺在所述第一下包层上表面和所述波导结构上形成所述第一上包层；
所述在所述第二下包层下表面形成第三下包层，具体包括：
采用高温氧化气相沉积工艺在所述第二下包层下表面形成所述第三下包层。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一上包层的厚度和所述第三下包层的厚度相等。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一上包层和所述第三下包层均为二氧化硅层，所述第一上包层的厚度和所述第三下包层的厚度均为400nm～4μm。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二上包层的厚度与所述第四下包层的厚度相等。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二上包层与所述第四下包层均为所述二氧化硅层，所述第二上包层的厚度与所述第四下包层的厚度均为1μm～20μm。
11.一种光波导，其特征在于，包括：
衬底；
第一下包层，位于所述衬底上表面；
第二下包层，位于所述衬底下表面；
波导结构，位于所述第一下包层上表面；
第一上包层，位于所述第一下包层上表面和所述波导结构上；
第三下包层，位于所述第二下包层下表面；
第二上包层，位于所述第一上包层上表面；
第四下包层，位于所述第三下包层下表面。
12.如权利要求11所述的光波导，其特征在于，所述第一下包层的厚度与所述第二下包层的厚度相等。
13.如权利要求11所述的光波导，其特征在于，所述第一下包层与所述第二下包层均为二氧化硅层，所述第一下包层的厚度与所述第二下包层的厚度均为1μm～20μm。
14.如权利要求11所述的光波导，其特征在于，所述第一上包层的厚度与所述第三下包层的厚度。
15.如权利要求11所述的光波导，其特征在于，所述第一上包层与所述第三下包层均为二氧化硅层，所述第一上包层的厚度与所述第三下包层的厚度均为400nm～4μm。
16.如权利要求11所述的光波导，其特征在于，所述第二上包层的厚度与所述第四上包层的厚度相等。
17.如权利要求11所述的光波导，其特征在于，所述第二上包层与所述第四上包层均为二氧化硅层，所述第二上包层的厚度与所述第四上包层的厚度均为1μm～20μm。
18.如权利要求11所述的光波导，其特征在于，所述波导结构具体为Si3N4层，所述波导结构的厚度为100nm～20μm。
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