基于SOI衬底的热光相移器的制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于SOI衬底的热光相移器的制备方法，包括步骤：形成图形化的SOI衬底，所述SOI衬底自下而上依次包括底硅层、绝缘层及顶硅层，所述SOI衬底内具有凹槽，所述凹槽的下表面与所述底硅层的下表面具有间距，所述顶硅层覆盖所述凹槽；对所述凹槽上方的所述顶硅层进行光刻刻蚀以形成硅波导；形成介质层、加热电阻及金属电极；所述介质层至少覆盖所述硅波导；所述加热电阻位于所述硅波导的上方或位于所述硅波导的一侧，所述加热电阻与所述硅波导之间具有间距；所述金属电极与所述加热电阻相连接。本发明专利技术有助于生产良率和器件性能的提高，有利于制备流程的进一步简化和生产成本的降低。降低。降低。

【技术实现步骤摘要】
基于SOI衬底的热光相移器的制备方法


[0001]本专利技术属于光学器件制造领域，特别是涉及一种基于SOI衬底的热光相移器的制备方法。

技术介绍

[0002]热光相移器是硅基光电子器件中的一个重要元件。它是基于材料的热光效应实现对光波相位的调控，可用于传感、光开关、高阶调制器、延迟线、可调光衰减器、神经网络等各种场合，在光通信系统中发挥着不可替代的作用。
[0003]热调功耗是热光相移器器件一个非常重要的性能指标，它指的是当在波导中传输的光的相位改变π时所需的功耗。如何降低热光器件的热调损耗以提高热光效率是当前热光相移器的重要研究方向。现有的一个方法是在形成硅波导后将硅波导的下方挖空形成悬空结构，以减少热从衬底的泄露，从而降低热调损耗，由此提高热光效率。但这种方法存在不少问题。比如，由于在形成硅波导后通过刻蚀等工艺进行挖空，在刻蚀过程中极有可能造成硅波导的损伤导致器件性能下降；且基于这种方法制造的器件结构很可能使衬底暴露在空气中，空气中的水汽等可能扩散到器件中，导致器件的可靠性失效。如果需要将该挖空结构再次密封，那么工艺的复杂度就会进一步增加。

技术实现思路

[0004]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基于SOI衬底的热光相移器的制备方法，用于解决现有的硅光相移器制备方法容易造成硅波导的损伤，以及水汽可能扩散到器件中，造成器件性能下降甚至完全失效等问题。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于SOI衬底的热光相移器的制备方法，所述制备方法包括步骤：
[0006]形成图形化的SOI衬底，所述SOI衬底自下而上依次包括底硅层、绝缘层及顶硅层，所述SOI衬底内具有凹槽，所述凹槽的下表面与所述底硅层的下表面具有间距，所述顶硅层覆盖所述凹槽；
[0007]对所述凹槽上方的所述顶硅层进行光刻刻蚀以形成硅波导；
[0008]形成介质层、加热电阻及金属电极；所述介质层至少覆盖所述硅波导；所述加热电阻位于所述硅波导的上方或位于所述硅波导的一侧，所述加热电阻与所述硅波导之间具有间距；所述金属电极与所述加热电阻相连接。
[0009]在一可选方案中，所述凹槽位于所述底硅层内，所述凹槽的上表面与所述绝缘层的下表面相平齐。
[0010]可选地，所述硅波导的水平面积小于所述凹槽的水平面积；对所述凹槽上方的所述顶硅层进行光刻刻蚀以形成所述硅波导的过程中将位于所述硅波导外围的所述顶硅层完全刻蚀以暴露出所述绝缘层。
[0011]在一可选方案中，所述加热电阻为金属电阻，形成所述介质层、所述加热电阻及所
述金属电极的过程包括：
[0012]形成第一介质层，所述第一介质层覆盖所述硅波导及所述绝缘层；
[0013]形成金属电阻层，所述金属电阻层位于所述第一介质层的表面；
[0014]对所述金属电阻层进行图形化刻蚀以形成位于所述硅波导上方的所述加热电阻；
[0015]形成第二介质层，所述第二介质层覆盖所述加热电阻；
[0016]于所述第二介质层中形成通孔，所述通孔暴露出所述加热电阻；
[0017]于所述通孔中沉积金属以形成所述金属电极，所述金属电极与所述加热电阻相连接。
[0018]在另一可选方案中，所述加热电阻为掺杂硅电阻；形成所述硅波导的过程中还包括同时定义出加热电阻区域，所述加热电阻区域与所述硅波导位于同一水平面上且与所述硅波导具有间距；形成所述介质层、所述加热电阻及所述金属电极的过程包括：
[0019]对所述加热电阻区域进行离子注入以形成掺杂硅电阻的所述加热电阻；
[0020]形成介质层，所述介质层覆盖所述加热电阻及所述硅波导；
[0021]于所述介质层中形成通孔，所述通孔暴露出所述加热电阻；
[0022]于所述通孔中沉积金属以形成所述金属电极，所述金属电极与所述加热电阻相连接。
[0023]在又一可选方案中，所述凹槽贯穿所述绝缘层，所述凹槽的上表面与所述顶硅层的下表面相平齐，所述凹槽的下表面和所述底硅层的上表面相平齐。
[0024]在又一可选方案中，所述凹槽贯穿所述绝缘层且一直向下延伸至所述底硅层内，所述凹槽的上表面与所述顶硅层的下表面相平齐。
[0025]可选地，所述硅波导的水平面积小于所述凹槽的水平面积，对所述凹槽上方的所述顶硅层进行光刻刻蚀以形成所述硅波导的过程中将位于所述硅波导外围的所述顶硅层部分刻蚀以使所述凹槽仍然被所述顶硅层覆盖。
[0026]在一可选方案中，所述加热电阻为金属电阻；形成所述介质层、所述加热电阻及所述金属电极的过程包括：
[0027]形成第一介质层，所述第一介质层覆盖所述顶硅层及所述硅波导；
[0028]形成金属电阻层，所述金属电阻层位于所述第一介质层的表面；
[0029]对所述金属电阻层进行图形化刻蚀以形成位于所述硅波导上方的所述加热电阻；
[0030]形成第二介质层，所述第二介质覆盖所述加热电阻；
[0031]于所述第二介质层中形成通孔，所述通孔暴露出所述加热电阻；
[0032]于所述通孔中沉积金属以形成所述金属电极，所述金属电极与所述加热电阻相连接。
[0033]在一可选方案中，所述加热电阻为掺杂硅电阻；形成所述硅波导的过程中还包括同时定义出加热电阻区域，所述加热电阻区域与所述硅波导位于同一水平面上且与所述硅波导具有间距；形成所述介质层、所述加热电阻及所述金属电极的过程包括：
[0034]对所述加热电阻区域进行离子注入以形成掺杂硅电阻的所述加热电阻；
[0035]形成介质层，所述介质层覆盖所述加热电阻及所述硅波导；
[0036]于所述介质层中形成通孔，所述通孔暴露出所述加热电阻；
[0037]于所述通孔中沉积金属以形成所述金属电极，所述金属电极与所述加热电阻相连
接。
[0038]如上所述，本专利技术的基于SOI衬底的热光相移器的制备方法，具有以下有益效果：
[0039]本专利技术先在要形成硅波导的位置下方形成凹槽，避免先形成硅波导后进行挖空的传统制备方法中容易导致硅波导的损伤以及水汽扩散，有助于生产良率和器件性能的提高。本专利技术的制备方法简单，且可通过SOI衬底的图形化定制实现规模化生产，有利于制备流程的进一步简化和生产成本的降低。
附图说明
[0040]图1显示为本专利技术的基于SOI衬底的热光相移器的制备方法的流程图。
[0041]图2至图11显示为本专利技术实施例一各步骤所呈现的结构示意图。
[0042]图12至图21显示为本专利技术实施例二各步骤所呈现的结构示意图。
[0043]图22至图26显示为本专利技术实施例二中的SOI衬底的制备过程示意图。
[0044]图27至图36显示为本专利技术实施例三各步骤所呈现的结构示意图。
[0045]元件标号说明
[0046]11
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底硅层
[0047]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于SOI衬底的热光相移器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括步骤：形成图形化的SOI衬底，所述SOI衬底自下而上依次包括底硅层、绝缘层及顶硅层，所述SOI衬底内具有凹槽，所述凹槽的下表面与所述底硅层的下表面具有间距，所述顶硅层覆盖所述凹槽；对所述凹槽上方的所述顶硅层进行光刻刻蚀以形成硅波导；形成介质层、加热电阻及金属电极；所述介质层至少覆盖所述硅波导；所述加热电阻位于所述硅波导的上方或位于所述硅波导的一侧，所述加热电阻与所述硅波导之间具有间距；所述金属电极与所述加热电阻相连接。2.根据权利要求1所述的基于SOI衬底的热光相移器的制备方法，其特征在于：所述凹槽位于所述底硅层内，所述凹槽的上表面与所述绝缘层的下表面相平齐。3.根据权利要求2所述的基于SOI衬底的热光相移器的制备方法，其特征在于：所述硅波导的水平面积小于所述凹槽的水平面积；对所述凹槽上方的所述顶硅层进行光刻刻蚀以形成所述硅波导的过程中将位于所述硅波导外围的所述顶硅层完全刻蚀以暴露出所述绝缘层。4.根据权利要求3所述的基于SOI衬底的热光相移器的制备方法，其特征在于，所述加热电阻为金属电阻，形成所述介质层、所述加热电阻及所述金属电极的过程包括：形成第一介质层，所述第一介质层覆盖所述硅波导及所述绝缘层；形成金属电阻层，所述金属电阻层位于所述第一介质层的表面；对所述金属电阻层进行图形化刻蚀以形成位于所述硅波导上方的所述加热电阻；形成第二介质层，所述第二介质层覆盖所述加热电阻；于所述第二介质层中形成通孔，所述通孔暴露出所述加热电阻；于所述通孔中沉积金属以形成所述金属电极，所述金属电极与所述加热电阻相连接。5.根据权利要求3所述的基于SOI衬底的热光相移器的制备方法，其特征在于，所述加热电阻为掺杂硅电阻；形成所述硅波导的过程中还包括同时定义出加热电阻区域，所述加热电阻区域与所述硅波导位于同一水平面上且与所述硅波导具有间距；形成所述介质层、所述加热电阻及所述金属电极的过程包括：对所述加热电阻区域进行离子注入以形成掺杂硅电阻的所述加热电阻；形成介质层，所述介质层覆盖所述加热电阻及所述硅波导；于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡艳，俞文杰，王书晓，刘强，余明斌，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：