CN112462452A - 制作光子晶体的方法及光子晶体 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种制作光子晶体的方法及光子晶体，该制作光子晶体的方法包括以下步骤：提供绝缘体上硅(SOI)衬底；在所述绝缘体上硅(SOI)衬底上沉积硬掩膜层；在所述硬掩膜层上形成凹槽；采用原子层沉积(ALD)工艺在所述凹槽内形成侧墙；在所述绝缘体上硅(SOI)衬底上形成孔洞结构。采用原子层沉积侧墙工艺，减小孔洞尺寸，实现超出光刻机能力范围的光子晶体结构。
Description
技术领域
本发明涉及光子晶体制造技术领域，具体涉及一种制作光子晶体的方法及光子晶体。
背景技术
光子晶体(又称光子禁带材料)从材料结构上看，光子晶体是一类在光学尺度上具有周期性介电结构的人工设计和制造的晶体。与半导体晶格对电子波函数的调制相类似，光子带隙材料能够调制具有相应波长的电磁波—当电磁波在光子带隙材料中传播时，由于存在布拉格散射而受到调制，电磁波能量形成能带结构。能带与能带之间出现带隙，即光子带隙。所具能量处在光子带隙内的光子，不能进入该晶体。
光子晶体和半导体在基本模型和研究思路上有许多相似之处，原则上人们可以通过设计和制造光子晶体及其器件，达到控制光子运动的目的。但是光子晶体形成的周期性孔洞结构很多时候超过光刻机能力限制，对半导体制备工艺要求很高。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种制作光子晶体的方法及光子晶体，采用原子层沉积侧墙工艺，减小孔洞尺寸，实现超出光刻机能力范围的光子晶体结构，以解决现有制备方法中晶体形成的周期性孔洞结构超过光刻机能力限制的技术问题。
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种制作光子晶体的方法。
该制作光子晶体的方法包括以下步骤：
提供绝缘体上硅(SOI)衬底；
在所述绝缘体上硅(SOI)衬底上沉积硬掩膜层；
在所述硬掩膜层上形成凹槽；
采用原子层沉积(ALD)工艺在所述凹槽内形成侧墙；
在所述绝缘体上硅(SOI)衬底上形成孔洞结构。
进一步的，所述绝缘体上硅(SOI)衬底包括支撑衬底、位于所述支撑衬底上的氧化物埋层(BOX层)以及位于所述氧化物埋层上的硅层。
进一步的，在所述绝缘体上硅(SOI)衬底上沉积硬掩膜层；然后采用光刻工艺刻蚀所述硬掩膜层以形成所述凹槽。
进一步的，所述硬掩膜层的材料为氧化硅或氮化硅。
进一步的，采用原子层沉积(ALD)工艺在所述凹槽内形成侧墙包括：
覆盖所述凹槽采用原子层沉积(ALD)工艺沉积介质材料，形成介质层；
刻蚀所述介质层，以形成覆盖所述凹槽内相对两侧面的侧墙。
进一步的，所述介质材料为氧化铪或三氧化二铝。
进一步的，采用干法刻蚀工艺刻蚀所述介质层以形成所述侧墙。
进一步的，采用干法刻蚀工艺刻蚀所述硅层，以在所述硅层上形成孔洞结构。
进一步的，还包括：去除所述侧墙和所述硬掩膜层，以形成具有所述孔洞结构的光子晶体。
为了实现上述目的，根据本发明的第二方面，提供了一种光子晶体。
根据上述的制作光子晶体的方法制作得到的光子晶体。
在本发明实施例中，采用原子层沉积侧墙工艺，减小光子晶体中的孔洞尺寸，实现超出光刻机能力范围的光子晶体结构。
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，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1a～图1e为本发明实施例中制作光子晶体的方法的流程示意图。
图中：
1、SOI衬底；2、凹槽；3、侧墙；4、孔洞结构。
100、支撑衬底；200、氧化物埋层；300、硅层；400、硬掩膜层；500、介质层。
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方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，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方式所限制。相反，提供这些实施方式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。
本发明公开了一种制作光子晶体的方法，该光子晶体的制作方法包括以下步骤：
提供绝缘体上硅(SOI)衬底1，参考图1a所示，该SOI衬底1包括支撑衬底100、位于支撑衬底100上的氧化物埋层200(BOX层)以及位于BOX层200上的硅层300。
需要说明的是，支撑衬底100为Si衬底，在本发明的实施例中，位于Si衬底上的BOX层200的厚度为3μm，位于BOX层200上的硅层300的厚度为220nm。当然本领域技术人员可以根据实际需要设定BOX层200以及硅层300的厚度。
继续参考图1a所示，为了对SOI衬底1形成保护，避免位于顶层的单晶硅层300受到破坏，在SOI衬底1的硅层300上沉积硬掩膜层400。在本发明实施例中，硬掩膜层400的材料可以为氧化硅或氮化硅，当然本领域技术人员也可以根据实际需要选择合适的材料。
继续参考图1a所示，采用光刻工艺刻蚀硬掩膜层400以形成凹槽2。需要说明的是，凹槽2为定义凹槽，可以根据实际需要选择凹槽2的数量以及形成大小，当然本领域技术人员可以采用常规的沉积和刻蚀工艺形成定义硅槽。
参考图1b，覆盖凹槽2，包括凹槽2内相对两侧面和底部侧面，以及硬掩膜层400，采用原子层沉积(ALD)工艺沉积介质材料，形成介质层500。
在本发明实施例中，采用原子层沉积(ALD)工艺沉积介质材料，在填槽时侧壁覆盖性比化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)高，能够精确的控制填入介质的侧壁厚度，实现不但减小了线宽还能保证最优图形形貌的目的。
采用原子层沉积(ALD)工艺沉积介质材料，特别是当介质材料为氧化铪或三氧化二铝时，假设凹槽2的初始窗口宽度为M，沉积厚度为N，也即覆盖凹槽2相对两侧面的介质层500的厚度为N，那么沉积后凹槽2的窗口宽度为M-2N，从而能够减小最终孔洞结构的尺寸。
采用干法刻蚀工艺刻蚀介质层500，以形成覆盖凹槽2内相对两侧面的侧墙3，参考图1c所示。
需要说明的是，本领域技术人员可以采用常规的干法刻蚀工艺形成侧墙3。
参考图1d所示，采用干法刻蚀工艺刻蚀硅层300，以在硅层300上形成孔洞结构4。
需要说明的是，本领域技术人员采用常规干法刻蚀工艺刻蚀硅层300，以形成孔洞结构4。
参考图1e所示，采用常规刻蚀工艺去除侧墙3以及硬掩膜层400，得到具有孔洞结构4的光子晶体。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种制作光子晶体的方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供绝缘体上硅(SOI)衬底；
在所述绝缘体上硅(SOI)衬底上沉积硬掩膜层；
在所述硬掩膜层上形成凹槽；
采用原子层沉积(ALD)工艺在所述凹槽内形成侧墙；
在所述绝缘体上硅(SOI)衬底上形成孔洞结构。
2.根据权利要求1所述的制作光子晶体的方法，其特征在于，所述绝缘体上硅(SOI)衬底包括支撑衬底、位于所述支撑衬底上的氧化物埋层(BOX层)以及位于所述氧化物埋层上的硅层。
3.根据权利要求1所述的制作光子晶体的方法，其特征在于，在所述绝缘体上硅(SOI)衬底上沉积硬掩膜层；然后采用光刻工艺刻蚀所述硬掩膜层以形成所述凹槽。
4.根据权利要求1或3所述的制作光子晶体的方法，其特征在于，所述硬掩膜层的材料为氧化硅或氮化硅。
5.根据权利要求1所述的制作光子晶体的方法，其特征在于，采用原子层沉积(ALD)工艺在所述凹槽内形成侧墙包括：
覆盖所述凹槽采用原子层沉积(ALD)工艺沉积介质材料，形成介质层；
刻蚀所述介质层，以形成覆盖所述凹槽内相对两侧面的侧墙。
6.根据权利要求5所述的制作光子晶体的方法，其特征在于，所述介质材料为氧化铪或三氧化二铝。
7.根据权利要求5所述的制作光子晶体的方法，其特征在于，采用干法刻蚀工艺刻蚀所述介质层以形成所述侧墙。
8.根据权利要求2所述的制作光子晶体的方法，其特征在于，采用干法刻蚀工艺刻蚀所述硅层，以在所述硅层上形成孔洞结构。
9.根据权利要求8所述的制作光子晶体的方法，其特征在于，还包括：去除所述侧墙和所述硬掩膜层，以形成具有所述孔洞结构的光子晶体。
10.根据权利要求1-9任一项所述的制作光子晶体的方法制作得到的光子晶体。
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