專利名稱：低粗糙度的光波導器件的制造方法
技術領域：
本發(fā)明屬于半導體器件制程領域，更涉及一種低粗糙度的光波導器件的制造方法。
背景技術：
光波導是集成光學中的一個重要元素，是平面光波回路里的一個基本單元結(jié)構(gòu)， 在許多領域的應用獲得了成功。絕緣體上硅(SOI)材料經(jīng)常用來制作光波導器件。利用 SOI材料制作光波導器件，具有波導特性好、器件結(jié)構(gòu)緊湊、制作工藝與IC工藝兼容便于光 電子集成、能制作三位器件等有點。相比傳統(tǒng)體硅材料，SOI的特點在于，在表面很薄的一個單晶硅層下是一個絕緣 層，主要是以氧化硅作為絕緣材料。絕緣層之下是傳統(tǒng)的體硅材料，這一層的作用是對上面 的結(jié)構(gòu)起到機械支撐作用。SOI的機構(gòu)在不改變器件尺寸的前提下，大大減小了器件的漏電 流，降低了器件發(fā)熱量，從而使器件性能大大提高。SOI脊形光波導是實現(xiàn)SOI光電子集成的基礎。目前制作過程中，利用干法刻蝕制 作的SOI脊形光波導，其上下界面的光滑度很高，光耗損主要來自粗糙的側(cè)壁引起的界面 散射損耗。在器件設計過程中，一般會把界面假設為理想光滑的情況，側(cè)壁的粗糙度大，必然 會造成器件的光學性能整體劣化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的缺點，采用氧化+濕法回蝕氧化層，在整個工藝步驟 中的順序設計獨特，具有避免氧化工藝造成副作用的功能。為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種低粗糙度的光波導器件的制造方法，用于在 絕緣體上硅工藝中制作低粗糙度的光波導器件，絕緣體上硅依次包括襯底層、氧化掩埋層 和頂層單晶硅，制造方法包括以下步驟在頂層單晶硅上沉積硬質(zhì)掩模層；在硬質(zhì)掩模層上涂覆光刻膠并曝光顯影；刻蝕 未被光刻膠覆蓋的部分硬質(zhì)掩模層至曝露出部分頂層單晶硅；去除殘留光刻膠；氧化暴露 出的頂層單晶硅，在頂層單晶硅上形成氧化層；以及濕法刻蝕掉氧化層至頂層單晶硅。進一步說，在濕法刻蝕掉氧化層至頂層單晶硅之后，還包括以下步驟在所形成的結(jié)構(gòu)中的一部分上涂覆光刻膠，以暴露出部分頂層單晶硅；刻蝕暴露出的頂層單晶硅至氧化掩埋層；去除光刻膠和硬質(zhì)掩模層。進一步說，沉積硬質(zhì)掩模層的步驟包括在頂層單晶硅上沉積或者熱氧化二氧化硅薄膜；以及在二氧化硅薄膜上沉積氮化硅薄膜。進一步說，二氧化硅薄膜的厚度為10 50納米。
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進一步說，氮化硅薄膜的厚度為80 500納米。進一步說，利用氫氟酸溶液去除氧化層及硬質(zhì)掩膜層。本發(fā)明所提供的低粗糙度的光波導器件的制造方法，利用濕法刻蝕的方法重新刻 蝕單晶硅頂層上的氧化層，使得刻蝕出的單晶硅頂層的粗糙度大大降低，從而減少光波導 器件的光損耗。


圖1所示為本發(fā)明較佳實施例中低粗糙度的光波導器件的制造方法流程圖；以及圖2a 2i所示為在圖1所示的各個流程中的器件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為了更了解本發(fā)明的技術內(nèi)容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。圖1所示為本發(fā)明較佳實施例中低粗糙度的光波導器件的制造方法流程圖；圖 2a 2i所示為在圖1所示的各個流程中的器件結(jié)構(gòu)示意圖。請結(jié)合參考圖1 圖2i。SOI結(jié)構(gòu)包括襯底層201、氧化掩埋層202和單晶硅頂層203。單晶硅頂層203上 形成的脊形光波導的側(cè)壁的粗糙度對于光傳輸?shù)膿p耗率有很大的影響。本發(fā)明的低粗糙度的光波導器件的制造方法包括以下步驟步驟SlOl 在SOI結(jié)構(gòu)的單晶硅頂層203上沉積硬質(zhì)掩模層204 (如圖2a所示的 結(jié)構(gòu))。通常該硬質(zhì)掩模層為先在頂層單晶硅203上應用熱氧化或者化學氣象沉積工藝 制作10到50納米厚度的二氧化硅薄膜，然后在二氧化硅薄膜上面應用化學氣象沉積工藝 制作80到500納米厚度的氮化硅薄膜。在實際的應用中，膜厚或者膜質(zhì)可以變化，只要可 以在隨后的氧化工藝中起到作為硬質(zhì)掩模層有效的阻擋氧擴散即可。步驟S102 在硬質(zhì)掩模層204上涂覆光刻膠205并曝光顯影(如圖2b所示的結(jié) 構(gòu))。光刻膠205可以用旋轉(zhuǎn)涂覆的方式均勻涂覆在硬質(zhì)掩模層204上，曝光顯影之后， 利用顯影液將未曝光的光刻膠洗掉。步驟S103 刻蝕未被光刻膠205覆蓋的部分的硬質(zhì)掩模層204至暴露出的部分頂 層單晶硅203的一定厚度(如圖2c所示的結(jié)構(gòu))?？涛g方法可以采用干法刻蝕。步驟S104 去除殘留光刻膠(如圖2d所示的結(jié)構(gòu))。步驟S105 對暴露出的頂層單晶硅203進行氧化，在頂層單晶硅203上形成氧化 層206 (如圖2e所示的結(jié)構(gòu))。該步驟中，不僅對頂層單晶硅203的平面進行氧化，而且也 對側(cè)壁進行氧化，氧化的厚度約為3 30納米。步驟S106 濕法刻蝕氧化層206至頂層單晶硅203 (如圖2f所示的結(jié)構(gòu))。濕法 刻蝕所采用的刻蝕劑可以采用氫氟酸，將氧化層206全部刻蝕掉。至此，SOI上所形成的脊形光波導的側(cè)壁，由于是由濕法刻蝕而形成的，其粗糙度 大大降低。若要進一步形成電路之間的間隔，可采用局域刻蝕的方法對于S106所形成的結(jié)
4構(gòu)進行進一步的處理。步驟S107 在步驟S106所形成的結(jié)構(gòu)中的一部分上涂覆光刻膠，以暴露出部分頂 層單晶硅203 (如圖2g所示的結(jié)構(gòu))。步驟S108 刻蝕暴露出的頂層單晶硅203至氧化掩埋層202 (如圖2h所示的結(jié) 構(gòu))。步驟S109 去除光刻膠和硬質(zhì)掩模層204?？梢岳盟崛芤喝コ操|(zhì)掩模層 204(如圖2i所示的結(jié)構(gòu))。本發(fā)明所提供的低粗糙度的光波導器件的制造方法，利用濕法刻蝕的方法重新刻 蝕單晶硅頂層上的氧化層，使得刻蝕出的單晶硅頂層的粗糙度大大降低，從而減少光波導 器件的光損耗。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技 術領域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作各種的更動與潤飾。因 此，本發(fā)明的保護范圍當視權(quán)利要求書所界定者為準。
權(quán)利要求
1.一種低粗糙度的光波導器件的制造方法，用于在絕緣體上硅工藝中制作低粗糙度的 光波導器件，所述絕緣體上硅依次包括襯底層、氧化掩埋層和頂層單晶硅，其特征是，所述 制造方法包括以下步驟在所述頂層單晶硅上沉積硬質(zhì)掩模層；在所述硬質(zhì)掩模層上涂覆光刻膠并曝光顯影；刻蝕未被光刻膠覆蓋的部分硬質(zhì)掩模層至曝露出部分頂層單晶硅的一定厚度；去除殘留光刻膠；氧化暴露出的所述頂層單晶硅，在所述頂層單晶硅上形成氧化層；以及濕法刻蝕掉所述氧化層至所述頂層單晶硅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低粗糙度的光波導器件的制造方法，其特征是，在濕法刻蝕 掉所述氧化層至所述頂層單晶硅之后，還包括以下步驟在所形成的結(jié)構(gòu)中的一部分上涂覆光刻膠，以暴露出部分所述頂層單晶硅；刻蝕暴露出的所述頂層單晶硅至所述氧化掩埋層；去除光刻膠和所述硬質(zhì)掩模層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低粗糙度的光波導器件的制造方法，其特征是，其中所述沉 積硬質(zhì)掩模層的步驟包括在所述頂層單晶硅上沉積或者熱氧化二氧化硅薄膜；以及在所述二氧化硅薄膜上沉積氮化硅薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的臺階式頂層單晶硅的絕緣體上硅襯底硅片的制作方法，其特 征是，其中所述二氧化硅薄膜的厚度為10 50納米。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的臺階式頂層單晶硅的絕緣體上硅襯底硅片的制作方法，其特 征是，其中所述氮化硅薄膜的厚度為80 500納米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臺階式頂層單晶硅的絕緣體上硅襯底硅片的制作方法，其特 征是，其中，利用氫氟酸溶液去除所述氧化層及所述硬質(zhì)掩膜層。
全文摘要
本發(fā)明提出一種低粗糙度的光波導器件的制造方法，用于在絕緣體上硅工藝中制作低粗糙度的光波導器件，絕緣體上硅依次包括襯底層、氧化掩埋層和頂層單晶硅。該制造方法包括以下步驟在頂層單晶硅上沉積硬質(zhì)掩模層；在硬質(zhì)掩模層上涂覆光刻膠并曝光顯影；刻蝕未被光刻膠覆蓋的部分硬質(zhì)掩模層至曝露出部分頂層單晶硅的一定厚度；去除殘留光刻膠；氧化暴露出的頂層單晶硅，在頂層單晶硅上形成氧化層；以及濕法刻蝕掉氧化層至頂層單晶硅。本發(fā)明所提供的低粗糙度的光波導器件的制造方法，利用濕法刻蝕的方法重新刻蝕單晶硅頂層上的氧化層，使得刻蝕出的單晶硅頂層的粗糙度大大降低，從而減少光波導器件的光傳播損耗。
文檔編號G02B6/136GK102004281SQ20101027861
公開日2011年4月6日 申請日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者余泳 申請人:上海宏力半導體制造有限公司