CN111679454B - 半导体器件的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种半导体器件的制备方法，能够简化热光调制器的加热器的制造工艺。其中所述半导体器件的制备方法包括以下步骤：提供衬底，且所述衬底上表面形成有波导；在所述波导上方依次形成加热层和电极层，且所述加热层和所述电极层在一次沉积中形成；图形化所述电极层，以形成至少两个分立的电极；图形化所述加热层，以形成加热装置；形成覆盖所述电极和加热装置的钝化层。

Description

半导体器件的制备方法

技术领域

本发明涉及半导体制备领域，尤其涉及半导体器件的制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，光调制器的用途越来越广，对光调制器的制备、生产的研究也越来越重要。

现有技术中，存在一种热光调制器，设置有加热器，并通过加热器对波导的温度进行控制，来控制波导的有效折射率，这样，可以控制光从所述热光调制器内经过时的光路。

在生产所述热光调制器中的加热器时，常用的加热器材料有铝、氮化钛、钨等。但现有技术中生产热光调制器所需的加工工艺流程较多，成本较高，不利于热光调制器的推广使用。

发明内容

本发明提出了一种半导体器件的制备方法，能够简化加热器的制造工艺，降低加热器的生产成本。

为了解决上述问题，以下提供了一种半导体器件的制备方法，包括以下步骤：提供衬底，且所述衬底上表面形成有波导；在所述波导上方依次形成加热层和电极层，且所述加热层和所述电极层在一次沉积中形成；图形化所述电极层，以形成至少两个分立的电极；图形化所述加热层，以形成加热装置；形成覆盖所述电极和加热装置的钝化层。

可选的，在所述波导上方依次形成加热层和电极层前，还包括以下步骤：在所述波导上方形成覆盖所述波导的介质层。

可选的，在图形化所述电极层前，还包括以下步骤：在所述电极层上表面形成抗反射层。

可选的，图形化所述电极层时，包括以下步骤：在所述抗反射层上表面形成图形化的第一掩膜层；从所述抗反射层外露的上表面向下刻蚀，穿过所述电极层，直至暴露所述加热层的上表面。

可选的，图形化所述加热层时，包括以下步骤：在所述加热层上表面形成图形化的第二掩膜层，所述第二掩膜层覆盖所述电极；从所述加热层外露的上表面沿垂直所述衬底上表面向下的方向刻蚀，直至暴露所述介质层的上表面。

可选的，使用化学气相沉积、物理气相沉积或原子层沉积中的至少一种来形成所述加热层和电极层，且所述加热层包括TiN层和W层中的至少一种，所述电极层包括Al层、AlCu层和AlSiCu层中的至少一种。

可选的，使用化学气相沉积、物理气相沉积或原子层沉积中的至少一种来形成所述钝化层，所述钝化层包括二氧化硅层和氮化硅层中的至少一种。

可选的，采用干法和湿法刻蚀来图形化所述电极层。

可选的，还包括以下步骤：对所述介质层进行化学机械研磨，使得所述介质层上表面平行于所述衬底上表面。

可选的，还包括以下步骤：在所述钝化层的上表面开设通孔以暴露所述电极。

本发明的半导体器件的制备方法中，对加热装置和电连接装置只使用了一次沉积和两次图形化处理，并且该半导体器件能够用于制备热光调制器，因此可以有效节省加热器的制备工艺流程，降低制备热光调制器中的加热器时的制造工艺的成本，提高工艺和产品的竞争力。

附图说明

图1为现有技术中的一种热光调制器的结构示意图。

图2为现有技术中的一种热光调制器的结构示意图。

图3为本发明的一种具体实施方式中所述半导体器件的制备方法的步骤流程示意图。

图4A至图4D为本发明的一种具体实施方式中所述制备方法的各个步骤对应的结构示意图。

具体实施方式

研究发现，现有技术中热光调制器的加工工艺流程较多，成本较高的原因在于，现有技术中使用的加热器的结构导致生产流程的复杂化。

现有技术中，采用的热光调制器的结构包括图1所示的结构，以及图2所示的结构，这两种结构对应的生产工艺较为复杂。

具体的，图1所示的热光调制器包括衬底100、形成在所述衬底100上表面的波导101、覆盖所述波导101的介质层104、形成在所述介质层104上表面的电极103、形成在两个电极103之间的加热装置102以及覆盖设置于所述电极103、加热装置102上方的钝化层106，其中所述加热装置102具有形成在所述介质层104上表面的第一部分，以及形成在所述电极103侧壁表面和顶面的第二部分。在生产如图1所示的结构的电极103和加热装置102时，需要先沉积电极材料层，再对该电极材料层进行刻蚀，形成如图1所示的所述电极103，再沉积加热装置材料层，再对所述加热装置材料层进行刻蚀，形成如图2所示的加热装置102，至少需要2次沉积，2次光刻。

图2所示的热光调制器在所述介质层104上表面直接形成所述加热装置102，并在所述加热装置102上表面设置隔绝层201，以及在所述隔绝层201上表面形成通孔，并在所述隔绝层201上表面形成伸入至所述通孔内，与所述加热装置102电接触的电极103。在生产如图2所示的电极103和加热装置102时，需要先沉积加热装置材料层，然后对所述加热装置材料层进行刻蚀处理，形成如图2所示的加热装置102，再沉积隔绝材料层，在对所述隔绝材料层进行刻蚀后，形成如图2所示的隔绝层201，之后在所述隔绝层201的上表面，以及外露于所述隔绝层201的加热装置102的上表面，沉积形成电极材料层，再对所述电极材料层进行刻蚀，形成如图2所示的电极103，因此至少需要3次光刻，2次金属沉积。

综上，生产一个现有技术中如图1和图2所示的加热器结构时，需要多次金属沉积和光刻，这会大大增加生产流程中的工序，进而导致加热器制造成本的增加。

以下提出了一种半导体器件的制备方法，并结合图示对半导体器件的制备方法进行了进一步的解释和阐述。

请看图3，以及图4A至图4D，其中图3为本发明的一种具体实施方式中所述半导体器件的制备方法的步骤流程示意图，图4A至图4D为本发明的一种具体实施方式中所述制备方法的各个步骤对应的结构示意图。

在该具体实施方式中，提供了一种半导体器件的制备方法，具有较少的工艺流程步骤，并且可以用于热光调制器的制备。所述制备方法包括以下步骤：提供衬底100，且所述衬底100上表面形成有波导101；在所述波导101上方依次形成加热层401和电极层402，且所述加热层401和所述电极层402在一次沉积中形成，此处可参阅图4A；图形化所述电极层402，以形成至少两个分立的电极103，此处可参阅图4B；图形化所述加热层401，以形成加热装置102，此处可参阅图4C；形成覆盖所述电极103和加热装置102的钝化层106，此处可参阅图4D。

在该具体实施方式中，在形成所述加热装置102和电极103的过程中，只需要进行一次沉积和两次图形化处理，在一次沉积的过程中将所述加热层401和电极层402形成完毕，在两次图形化的过程中依次形成所述加热装置102以及所述电极103。并且该半导体器件能够用于制备热光调制器，因此可以有效节省加热器的制备工艺流程，降低制备热光调制器中的加热器时的制造工艺的成本，提高工艺和产品的竞争力。

在该具体实施方式中，所述加热装置102用于对所述波导101进行加热，从而改变所述波导101的有效折射率，对经过所述波导101的光的光路进行控制。

在一种具体实施方式中，所述波导101是凸起于所述衬底100上表面的一段材料层，通常是Si、SiN或者三五族化合物。

在一种具体实施方式中，所述加热层401包括TiN层和W层中的至少一种。在图4A到图4D所述的具体实施方式中，所述加热层401包括TiN制成，这是由于TiN加工工艺简单，加热效率高。

在该具体实施方式中，所述加热装置102除了实现加热的功能，还能作为下方与上方的电极103之间的缓冲层。在该具体实施方式中，所述加热装置102下方设置有介质层104，覆盖在所述波导101上方。

在一种具体实施方式中，所述钝化层106用于隔绝所述抗反射结构105、电极103以及加热装置102与外界的接触，并且，还包括以下步骤：在所述钝化层106的上表面开设通孔以暴露所述电极103，便于用户将电流源或电压源连接到所述电极103。

在一种具体实施方式中，在所述波导101上方依次形成加热层401和电极层402前，还包括以下步骤：在所述波导101上方形成覆盖所述波导101的介质层104。所述介质层104包括二氧化硅层等，用于防止所述加热装置102直接与所述波导101接触。并且，在一种更优的具体实施方式中，为了便于进行后续的加热装置102和电极103的制备，通常保持所述介质层104的上表面平整，即所述介质层104的上表面平行于所述衬底100的上表面，因此，所述制备方法还包括以下步骤：对所述介质层104进行化学机械研磨，使得所述介质层104上表面平行于所述衬底100上表面。

在一种具体实施方式中，使用化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积等实现介质层104的制备。

在一种具体实施方式中，在图形化所述电极层402前，还包括以下步骤：在所述电极层402上表面形成抗反射层403。设置抗反射层403是为了防止经过所述波导101的光穿过所述介质层104，入射到所述加热装置102和电极103内，并由所述电极103的上表面反射，对波导101内的进光情况造成干扰。

在一种具体实施方式中，所述抗反射层403包括TiN层，覆盖所述电极103的整个上表面，以保证抗反射效果。在其他的具体实施方式中，也可以采用其他的材料来制备所述抗反射层403。

在一种具体实施方式中，当所述抗反射层403和加热层401为TiN层，所述电极层402为Al层时，所述加热层401、电极103层402和抗反射层403均可在一次沉积中形成。

在一种具体实施方式中，图形化所述电极层402时，包括以下步骤：在所述抗反射层403上表面形成图形化的第一掩膜层；从所述抗反射层403外露的上表面向下刻蚀，穿过所述电极层402，直至暴露所述加热层401的上表面，此处可参阅图4B，在该图4B中可以看到，对抗反射层403和电极层402进行图形化后，在所述加热层401的上表面形成了两个分立的抗反射结构105和电极103，中间用一个沟槽404隔开。

在一种具体实施方式中，采用干法和湿法刻蚀来图形化所述电极层402，以保证所述电极103层402下方的加热层401的厚度均匀、可控制。

在一种具体实施方式中，图形化所述加热层401时，包括以下步骤：在所述加热层401上表面形成图形化的第二掩膜层，所述第二掩膜层覆盖所述电极103；从所述加热层401外露的上表面沿垂直所述衬底100上表面向下的方向刻蚀，直至暴露所述介质层104的上表面，此处可参阅图4C，所述加热层401被图形化后形成的加热装置102位于两个所述抗反射结构和电极103的下方，由所述电极103给所述加热装置102施加电流，使得所述加热装置102给所述波导101加热。

在图4A至图4D所述的具体实施方式中，所述电极103的数目为两个，对称设置于所述加热装置102的相对两侧。

在一种具体实施方式中，使用化学气相沉积、物理气相沉积或原子层沉积中的至少一种来形成所述加热层401和电极层402，且所述加热层401包括TiN层和W层中的至少一种，所述电极层402包括Al层、AlCu层和AlSiCu层中的至少一种。

在该具体实施方式中，所述抗反射层403也是由化学气相沉积、物理气相沉积或原子层沉积中的至少一种来形成的。

在图4A至图4D所示的具体实施方式中，所述加热层401为TiN层，所述电极层402为Al层，所述抗反射层403为TiN层。这三层可以在一次沉积的过程中实现，一次沉积指的是在同一个沉积腔室内进行的一次沉积工序。

在一种具体实施方式中，使用化学气相沉积、物理气相沉积或原子层沉积中的至少一种来形成所述钝化层106，所述钝化层106包括二氧化硅层和氮化硅层中的至少一种。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种半导体器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供衬底，且所述衬底上表面形成有波导；

在所述波导上方形成覆盖所述波导的介质层；

在所述波导上方依次形成加热层、电极层和抗反射层，且所述加热层、所述电极层和所述抗反射层在同一腔室内的一次沉积工序中形成；

图形化所述抗反射层及所述电极层，包括：在所述抗反射层上表面形成图形化的第一掩膜层，从所述抗反射层外露的上表面向下刻蚀，穿过所述电极层，直至暴露所述加热层的上表面，以形成至少两个分立的抗反射结构及电极；

图形化所述加热层，包括：在所述加热层上表面形成图形化的第二掩膜层，所述第二掩膜层覆盖所述抗反射结构及所述电极，从所述加热层外露的上表面沿垂直所述衬底上表面向下的方向刻蚀，直至暴露所述介质层的上表面，以形成加热装置；

形成覆盖所述抗反射结构、所述电极和加热装置的钝化层。

2.根据权利要求1所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，使用化学气相沉积、物理气相沉积或原子层沉积中的至少一种来形成所述加热层和电极层，且所述加热层包括TiN层和W层中的至少一种，所述电极层包括Al层、AlCu层和AlSiCu层中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，使用化学气相沉积、物理气相沉积或原子层沉积中的至少一种来形成所述钝化层，所述钝化层包括二氧化硅层和氮化硅层中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，采用干法和湿法刻蚀来图形化所述电极层。

5.根据权利要求1所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：

对所述介质层进行化学机械研磨，使得所述介质层上表面平行于所述衬底上表面。

6.根据权利要求1所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在所述钝化层的上表面开设通孔以暴露所述电极。

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