双层隔离层的SOI衬底制造技术

本发明专利技术提供一种双层隔离层的SOI衬底，所述SOI衬底包括：衬底硅层；第一隔离层，位于所述衬底硅层之上，所述第一隔离层具有第一折射率；第二隔离层，位于所述第一隔离层之上，所述第二隔离层具有第二折射率；以及顶层硅层，位于所述第二隔离层之上；其中，所述第一折射率小于所述第二折射率。本发明专利技术的SOI衬底可用于制作硅光子器件，如在所有硅光子器件中都需要使用波导与光纤相互耦合的模斑转换器，可以使得模斑转换器具有低耦合损耗、大波长带宽、偏振不敏感、耦合容差大、便于与光纤封装等优点，在光通信领域具有广泛的应用前景。

SOI substrate with double isolation layer

【技术实现步骤摘要】
双层隔离层的SOI衬底
本专利技术属于半导体器件设计及光通信领域，特别是涉及一种双层隔离层的SOI衬底。
技术介绍
绝缘衬底上的硅(Silicon-On-Insulator，SOI)技术是在顶层硅和背衬底之间引入了一层埋氧化层。通过在绝缘体上形成半导体薄膜，SOI材料具有了体硅所无法比拟的优点：可以实现集成电路中元器件的介质隔离，彻底消除了体硅CMOS电路中的寄生闩锁效应；采用这种材料制成的集成电路还具有寄生电容小、集成密度高、速度快、工艺简单、短沟道效应小及特别适用于低压低功耗电路等优势，因此可以说SOI将有可能成为深亚微米的低压、低功耗集成电路的主流技术。随着智能设备的崛起和社交网络的普及，通信业务量呈现爆炸式增长。传统的电互联技术由于晶体管数量的增加和芯片吞吐量成倍增长面临着功耗过大和延时过高的问题，仅目前全球计算中心消耗的电量就占全球总发电量的0.8％。硅光子技术的发展，为解决这些问题提供了有效的途径。一方面，硅基集成光器件的制作工艺与微电子工艺完全兼容，而光波又是一种频率极高的电磁波(200-1000THz)，为信号的传输提供了非常大的带宽；另一方面，波分复用(WDM)又将通信带宽的利用率大幅度提升；此外，光通信还有延时小，发热少，抗电磁干扰等优势。因此，硅光子技术正成为信息科学技术的前沿和热点，包括美国、欧盟、日本等发达国家纷纷将硅光子技术列入科技战略规划，力争在新一轮的电子信息技术变革中占据优势。基于SOI晶圆的硅光子器件逐步进入量产阶段，目前普遍使用的SOI晶圆的隔离层是单层二氧化硅。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种双层隔离层的SOI衬底，用于解决现有技术中单层隔离层的SOI晶圆在用于制作某些硅光子器件时不能发挥器件的优良性能的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种双层隔离层的SOI衬底，所述SOI衬底包括：衬底硅层；第一隔离层，位于所述衬底硅层之上，所述第一隔离层具有第一折射率；第二隔离层，位于所述第一隔离层之上，所述第二隔离层具有第二折射率；以及顶层硅层，位于所述第二隔离层之上；其中，所述第一折射率小于所述第二折射率。可选地，所述第一射折射率及所述第二折射率均小于所述衬底硅层的折射率，且所述第一射折射率及所述第二折射率均小于所述顶层硅层的折射率。可选地，所述第一隔离层包括第一折射率的第一SiO2层，所述第二隔离层包括第二折射率的第二SiO2层，所述第一折射率小于所述第二折射率。可选地，所述第一隔离层包括SiO2层，所述第二隔离层包括SiON层。可选地，所述第一隔离层包括第一折射率的第一SiON层，所述第二隔离层包括第二折射率的第二SiON层，所述第一折射率小于所述第二折射率。可选地，所述第一隔离层包括SiO2层，所述第二隔离层包括SiN层。可选地，所述第一隔离层包括SiON层，所述第二隔离层包括SiN层。本专利技术还提供一种硅光子器件，所述硅光子器件为基于上述的双层隔离层的SOI衬底所形成的硅光子器件。可选地，所述硅光子器件包括模斑转换器，所述模斑转换器的第一端连接硅波导，第二端连接光纤，以耦合所述硅波导及所述光纤。可选地，所述模斑转换器包括垂直耦合光栅。如上所述，本专利技术的双层隔离层的SOI衬底，具有以下有益效果：本专利技术的双层隔离层的SOI衬底具有衬底硅层、第一隔离层及第二隔离层及顶层硅层所组成的4层结构，且所述第一隔离层的第一折射率小于所述第二隔离层的第二折射率。通过引入双隔离层结构，采用双隔离层中折射率高的层制备部分硅光无源器件，可以有效降低无源器件损耗，如光波导损耗，耦合损耗等，从而降低集成硅光芯片损耗。本专利技术的SOI衬底可用于制作硅光子器件，如在所有硅光子器件中都需要使用波导与光纤相互耦合的模斑转换器，可以使得模斑转换器具有低耦合损耗、大波长带宽、偏振不敏感、耦合容差大、便于与光纤封装等优点，在光通信领域具有广泛的应用前景。附图说明图1显示为本专利技术实施例1的双层隔离层的SOI衬底的结构示意图。图2～图4显示为本专利技术实施例1的双层隔离层的SOI衬底的制作方法各步骤所呈现的结构示意图。图5显示为本专利技术实施例2的双层隔离层的SOI衬底的结构示意图。图6显示为本专利技术实施例3的双层隔离层的SOI衬底的结构示意图。图7显示为本专利技术实施例4的双层隔离层的SOI衬底的结构示意图。图8显示为本专利技术实施例5的双层隔离层的SOI衬底的结构示意图。元件标号说明101衬底硅层102顶层硅层201第一SiO2层202第二SiO2层301SiO2层302SiON层401第一SiON层402第二SiON层501SiO2层502SiN层601SiON层602SiN层具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1～图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图示中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。需要说明的是，由于单层二氧化硅隔离层的SOI衬底在用于制作某些硅光子器件时不能发挥器件的优良性能，例如，在所有硅光子器件中都需要使用波导与光纤相互耦合的模斑转换器，如垂直耦合光栅，基于单层隔离层SOI衬底的垂直耦合光栅，具有耦合容差大、便于与光纤封装的有点，然而，其也具有明显的缺点，如偏振敏感、窄波长带宽、耦合损耗较高等。因此，本专利技术的目的在于，提供一种双层隔离层的SOI衬底，该SOI衬底可以使得硅光子器件如模斑转换器等具有低耦合损耗、大波长带宽、偏振不敏感、耦合容差大、便于与光纤封装等优点。实施例1如图1所示，本实施例提供一种双层隔离层的SOI衬底，所述SOI衬底为四层结构，包括衬底硅层、第一隔离层、第二隔离层以及顶层硅层。所述第一隔离层位于所述衬底硅层之上，所述第一隔离层具有第一折射率。所述第二隔离层位于所述第一隔离层之上，所述第二隔离层具有第二折射率，其中，所述第一折射率小于所述第二折射率。所述顶层硅层位于所述第二隔离层之上。所述第一射折射率及所述第二折射率均小于所述衬底硅层的折射率，且所述第一射折射率及所述第二折射率均小于所述顶层硅层的折射率。在本实施例中，所述第一隔离层包括第一折射率的第一SiO2层201，所述第二隔离层包括第二折射率的第二SiO2层202，所述第一折射率小于所述第二折射率，可以通过调节SiO2层的生长条件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双层隔离层的SOI衬底，其特征在于，所述SOI衬底包括：/n衬底硅层；/n第一隔离层，位于所述衬底硅层之上，所述第一隔离层具有第一折射率；/n第二隔离层，位于所述第一隔离层之上，所述第二隔离层具有第二折射率；/n顶层硅层，位于所述第二隔离层之上；/n其中，所述第一折射率小于所述第二折射率。/n

【技术特征摘要】
1.一种双层隔离层的SOI衬底，其特征在于，所述SOI衬底包括：
衬底硅层；
第一隔离层，位于所述衬底硅层之上，所述第一隔离层具有第一折射率；
第二隔离层，位于所述第一隔离层之上，所述第二隔离层具有第二折射率；
顶层硅层，位于所述第二隔离层之上；
其中，所述第一折射率小于所述第二折射率。


2.根据权利要求1所述的双层隔离层的SOI衬底，其特征在于：所述第一射折射率及所述第二折射率均小于所述衬底硅层的折射率，且所述第一射折射率及所述第二折射率均小于所述顶层硅层的折射率。


3.根据权利要求1所述的双层隔离层的SOI衬底，其特征在于：所述第一隔离层包括第一折射率的第一SiO2层，所述第二隔离层包括第二折射率的第二SiO2层，所述第一折射率小于所述第二折射率。


4.根据权利要求1所述的双层隔离层的SOI衬底，其特征在于：所述第一隔离层包括SiO2层，所述第二隔离层包括SiON层。


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【专利技术属性】
技术研发人员：方青，汪巍，涂芝娟，蔡艳，曾友宏，余明斌，
申请(专利权)人：上海新微技术研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31