【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体集成电路制造工艺，尤其涉及一种具有波导埋层的soi衬底结构及其制备方法和应用。
技术介绍
1、光子集成是当今科技界的热门课题，而提高集成度最为重要。光波导是光子集成的基础与核心，其主要功能是将光限制在特定介质中，引导光波沿着确定的方向传输。目前主流的光波导材料是soi(silicon-on-insulator，绝缘体上硅)，光波导芯层的si材料与包层的sio2材料的折射率差大，对光的限制作用强，可以制备出亚微米量级的光波导，大大提高了集成度。随着光互连技术朝着超高速和密集集成的方向发展，soi等材料在光子集成中显现出重要的地位。但由于soi光波导材料存在光损耗偏大的问题，因此对集成度产生了不利影响。
2、氮化硅是最具应用前景的下一代光波导材料，它在光波导器件中具有许多优势：
3、(1)材料强度高，结构稳定；
4、(2)禁带宽度大，透明波段宽，其透明窗口可以从红外延伸至可见光波段；
5、(3)与标准cmos工艺兼容，制作成本低廉；
6、(4)折射率高，在1550nm波长处与sio2的折射率差大，波导尺寸和弯曲半径可以很小，集成度高，并且可以实现3d大规模集成；
7、(5)损耗非常小，比soi波导低3～4个数量级，是很好的波导材料。
8、然而，氮化硅作为光电材料也有很多不足，例如，在si上生长氮化硅会产生较大的应力；氮化硅是绝缘材料，不导电，光电效应弱，难以制作有源器件等。
9、如果能将性能优异的氮化硅波导器件，同so
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种具有波导埋层的soi衬底结构及其制备方法和应用。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
3、本专利技术提供一种具有波导埋层的soi衬底结构，包括：
4、依次叠设的衬底硅层、埋氧层和顶层硅层；
5、其中，所述埋氧层中设有波导，且所述埋氧层形成所述波导的包层。
6、进一步地，所述顶层硅层用于形成有源器件，用于与所述有源器件直接耦合的所述波导与所述顶层硅层相距一定距离，所述距离满足使所述波导实现层间倏逝波耦合的条件。
7、进一步地，所述波导和所述埋氧层共同形成具有波导埋层的soi衬底结构的介质层埋层。
8、进一步地，所述波导材料包括氮化硅。
9、进一步地，所述埋氧层中设有一至多个所述波导；其中，所述波导为多个时，各所述波导设于所述埋氧层中的同层，或者分设于所述埋氧层中的不同层，位于相邻层且用于直接耦合的任意两个所述波导之间距离满足实现层间倏逝波耦合的条件。
10、本专利技术还提供一种具有波导埋层的soi衬底结构制备方法，包括：
11、提供第一硅衬底和第二硅衬底；
12、在所述第一硅衬底的表面上形成第一氧化层，在所述第二硅衬底的表面上形成第二氧化层；
13、在所述第一氧化层中形成波导；
14、将所述第二硅衬底的所述第二氧化层表面与所述第一硅衬底的所述第一氧化层表面键合，使所述第二硅衬底和所述第一硅衬底堆叠为整体；
15、对所述第二硅衬底减薄，形成以所述第一硅衬底为衬底硅层，以相键合的所述第一氧化层和第二氧化层为埋氧层，和以减薄后的所述第二硅衬底为顶层硅层的具有波导埋层的soi衬底结构。
16、进一步地，通过在所述第一硅衬底的表面上形成一至多层第一氧化层，在所述一至多层第一氧化层中形成一至多层波导结构槽并填充波导材料，以在所述一至多层第一氧化层中形成一至多层所述波导；其中，所述波导和所述埋氧层共同形成具有波导埋层的soi衬底结构的介质层埋层。
17、进一步地，使形成的至少一个所述波导的表面自所述一至多层第一氧化层中的最外一层的表面露出，并相平齐，或者，使形成的所有的所述波导都被所述一至多层第一氧化层中的最外一层覆盖；其中，所述顶层硅层用于形成有源器件，用于与所述有源器件直接耦合的所述波导与所述顶层硅层之间距离满足使所述波导实现层间倏逝波耦合的条件，位于相邻层且用于直接耦合的任意两个所述波导之间距离满足实现层间倏逝波耦合的条件。
18、本专利技术还提供一种上述的具有波导埋层的soi衬底结构在光子集成领域的应用。
19、进一步地，所述应用包括在所述具有波导埋层的soi衬底结构的顶层硅层集成光电有源器件。
20、由上述技术方案可以看出，本专利技术通过利用具有第一氧化层的第一硅衬底和具有第二氧化层的第二硅衬底，先在第一氧化层中形成波导，再通过将第二氧化层与第一氧化层以表面相键合，使第二硅衬底和第一硅衬底堆叠为整体，形成具有依次叠设的衬底硅层(第一硅衬底)、埋氧层(第一氧化层和第二氧化层)和顶层硅层(第二硅衬底)的具有波导埋层的soi衬底结构，可利用例如氮化硅波导损耗小和soi更好制作有源器件的优势，实现光子器件集成度的提高。同时，形成于埋氧层的波导与顶层硅层之间的距离可以精确控制在消逝波场透射深度范围内，因此当在顶层硅层形成有源器件时，可使波导与对应有源器件之间以及在相对应的波导之间实现层间倏逝波耦合，且对准相对简单。而且，通过先形成热预算较大的波导，再在具有波导埋层的soi衬底结构上形成有源器件时，可以充分满足热预算需求；通过以沟槽填充方式形成波导，可以减轻以往以沉积氮化硅方式导致的应力过大问题。本专利技术能将性能优异的氮化硅波导同soi上的有源器件集成在具有波导埋层的soi衬底结构的同一平台上，从而能充分利用它们各自的优点，并显现出优异的性能。本专利技术具有工艺简单，可与标准cmos工艺兼容，制作成本低廉的优势。
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1.一种具有波导埋层的SOI衬底结构，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的具有波导埋层的SOI衬底结构，其特征在于，所述顶层硅层用于形成有源器件，用于与所述有源器件直接耦合的所述波导与所述顶层硅层相距一定距离，所述距离满足使所述波导实现层间倏逝波耦合的条件。
3.根据权利要求1所述的具有波导埋层的SOI衬底结构，其特征在于，所述波导和所述埋氧层共同形成具有波导埋层的SOI衬底结构的介质层埋层。
4.根据权利要求1所述的具有波导埋层的SOI衬底结构，其特征在于，所述波导材料包括氮化硅。
5.根据权利要求1所述的具有波导埋层的SOI衬底结构，其特征在于，所述埋氧层中设有一至多个所述波导；其中，所述波导为多个时，各所述波导设于所述埋氧层中的同层，或者分设于所述埋氧层中的不同层，位于相邻层且用于直接耦合的任意两个所述波导之间距离满足实现层间倏逝波耦合的条件。
6.一种具有波导埋层的SOI衬底结构制备方法，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的具有波导埋层的SOI衬底结构制备方法，其特征在于，通过在所述第
8.根据权利要求7所述的具有波导埋层的SOI衬底结构制备方法，其特征在于，使形成的至少一个所述波导的表面自所述一至多层第一氧化层中的最外一层的表面露出，并相平齐，或者，使形成的所有的所述波导都被所述一至多层第一氧化层中的最外一层覆盖；其中，所述顶层硅层用于形成有源器件，用于与所述有源器件直接耦合的所述波导与所述顶层硅层之间距离满足使所述波导实现层间倏逝波耦合的条件，位于相邻层且用于直接耦合的任意两个所述波导之间距离满足实现层间倏逝波耦合的条件。
9.一种权利要求1-5任意一项所述的具有波导埋层的SOI衬底结构在光子集成领域的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述应用包括在所述具有波导埋层的SOI衬底结构的顶层硅层集成光电有源器件。
...【技术特征摘要】
1.一种具有波导埋层的soi衬底结构，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的具有波导埋层的soi衬底结构，其特征在于，所述顶层硅层用于形成有源器件，用于与所述有源器件直接耦合的所述波导与所述顶层硅层相距一定距离，所述距离满足使所述波导实现层间倏逝波耦合的条件。
3.根据权利要求1所述的具有波导埋层的soi衬底结构，其特征在于，所述波导和所述埋氧层共同形成具有波导埋层的soi衬底结构的介质层埋层。
4.根据权利要求1所述的具有波导埋层的soi衬底结构，其特征在于，所述波导材料包括氮化硅。
5.根据权利要求1所述的具有波导埋层的soi衬底结构，其特征在于，所述埋氧层中设有一至多个所述波导；其中，所述波导为多个时，各所述波导设于所述埋氧层中的同层，或者分设于所述埋氧层中的不同层，位于相邻层且用于直接耦合的任意两个所述波导之间距离满足实现层间倏逝波耦合的条件。
6.一种具有波导埋层的soi衬底结构制备方法，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的具有波导埋层的soi衬底结构...
【专利技术属性】
技术研发人员：宁坤奇，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
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