【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电光调制器件，特别涉及一种复合波导结构及其制备方法。
技术介绍
1、光通信、射频光子系统、毫米波测量仪等使用光学器件的设备，对带宽的要求越来越高。在半导体光子调制器中，电子载流子传输时间的限制从根本上影响了基于二极管电光调制器(electro-optic modulators，eom)的高频工作特性，使得人们对具有高频电光调制特性的材料研究产生了极大兴趣。而铌酸锂linbo3(lithium niobate，ln)凭借其优越的电光和非线性光学特性在集成光学中受到广泛关注，其与硅或氮化硅波导异质集成的马赫-曾德尔电光调制器(mach-zehnder modulators，mzm)已经被证明可以实现非常高的调制带宽，可支持远超过100ghz的高频调制。
2、这种电光调制器的加工方式最好能够与用在硅光子器件中的传统cmos工艺兼容，从而获得更高的性能、更低的成本和更好的制造可缩放性。对于薄膜铌酸锂与氮化硅构成的电光调制(复合波导)结构，通常可以采用芯片到晶圆(die-to-wafer，d2w)或晶圆到晶圆(wafer-to-wafer，w2w)键合的方式实现。
3、现有技术中，可与cmos工艺兼容的ln-sinx复合波导结构加工流程如下：
4、(1)通过热氧化或化学气相沉积(cvd)等方式在硅基底上制备二氧化硅(sio2)薄膜，厚度1～8μm；
5、(2)金属电极薄膜材料沉积，如铝(al)，厚度0.5～1.5μm；
6、(3)金属电极图形化(干法刻蚀al)；p>
7、(4)sio2薄膜沉积并进行化学机械抛光(cmp)，使sio2表面平坦且在al电极上方的厚度200～500nm；
8、(5)氮化硅(sinx)波导薄膜沉积，厚度100～500nm，折射率1.9～2.2；
9、(6)sinx波导图形化(干法刻蚀sinx)；
10、(7)sio2薄膜沉积并cmp平坦化，使sio2表面粗糙度小于0.3nm且在sinx波导上方的厚度小于150nm；
11、(8)电极焊盘(pad)开窗(干法刻蚀sio2)，露出金属al pad；
12、(9)将ln厚度为100～500nm的薄膜ln衬底(lnoi)切割划片成尺寸大于1mm×1mm的单颗芯片(die)；
13、(10)将上述步骤(9)中划片得到的单颗ln芯片和步骤(8)中加工得到的sinx波导晶圆通过等离子体表面活化、预键合、退火等步骤结合在一起，构成ln-sinx复合波导；
14、(11)通过研磨、干法刻蚀或湿法刻蚀将ln芯片的si基底去除。
15、从现有技术步骤(7)中可以看出，cmp平坦化作用于晶圆整个表面，使得键合区(需与ln构成复合波导的区域)与非键合区的工艺结构兼容性差(如：键合区sio2作为ln-sinx复合波导层间间隔需要足够薄<150nm，非键合区sio2作为独立sinx波导的包覆层需足够厚>1μm)，限制了同一晶圆上可加工器件结构、功能的多样性。事实上，对于传统键合方式的异质集成技术，不论w2w、d2w还是d2d，均是在键合样品的统一平坦的键合表面上实现的，使得在具有特殊结构(如：凹槽)或不同结构高度的芯片样品上的应用受到限制。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种复合波导结构，以解决现有技术中复合波导结构的键合区与非键合区的工艺结构兼容性差、应用受限的技术问题。该复合波导结构包括：
2、波导晶圆，所述波导晶圆包括硅基底1、设置在所述硅基底1的顶面的sio2层2、波导结构4和金属电极3，所述波导结构4和所述金属电极3设置在所述sio2层2中且所述波导结构4的所处层位高于所述金属电极3的所处层位，在水平投影上相邻的两个所述波导结构4在所述金属电极3的两侧；
3、凹槽结构8，设置在所述sio2层2中，所述凹槽结构8位于待键合区的所述波导结构4的上方；
4、电光薄膜层10，键合在所述凹槽结构8内，与所述凹槽结构8下方的所述波导结构4构成复合波导结构。
5、本专利技术实施例还提供了一种复合波导结构的制备方法，以解决现有技术中复合波导结构的键合区与非键合区的工艺结构兼容性差、应用受限的技术问题。该制备方法包括：
6、在硅基底1的顶面上制备所述sio2层2，在所述sio2层2中制备所述波导结构4和所述金属电极3；
7、在所述sio2层2的待键合区的所述波导结构4的上方形成所述凹槽结构8；
8、在所述凹槽结构8内键合所述电光薄膜层10，所述电光薄膜层10与所述凹槽结构8下方的所述波导结构4构成复合波导结构。
9、与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：提出了在波导晶圆的sio2层中设置凹槽结构，凹槽结构位于待键合区的波导结构的上方，使得键合区处与非键合区处波导结构的包覆层厚度可以不同，提高了键合区与非键合区的工艺结构兼容性，有利于提高同一晶圆上可加工器件结构、功能的多样性；此外，将电光薄膜层键合在凹槽结构内，实现电光薄膜层与凹槽结构下方的所述波导结构构成复合波导结构，将对整个波导晶圆表面平坦化的要求局限到对键合区凹槽底部平坦化的要求，提高了工艺加工灵活性，扩充了d2w这一异质集成技术的应用范围和场景。
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1.一种复合波导结构，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的复合波导结构，其特征在于，所述凹槽结构(8)的底面至待键合区的所述波导结构(4)的顶面之间的SiO2厚度小于150nm。
3.如权利要求1所述的复合波导结构，其特征在于，所述电光薄膜层(10)键合在所述凹槽结构(8)内时，所述电光薄膜层(10)与所述凹槽结构(8)每边对应的间距大于等于10μm。
4.如权利要求1至3中任一项所述的复合波导结构，其特征在于，所述凹槽结构(8)内允许电光薄膜层(10)的外围边界构成的几何形状嵌入。
5.如权利要求1至3中任一项所述的复合波导结构，其特征在于，所述凹槽结构(8)为多个，相邻的两个所述凹槽结构(8)之间的距离大于10μm。
6.如权利要求1至3中任一项所述的复合波导结构，其特征在于，所述SiO2层(2)的多处所述待键合区中的部分所述待键合区处设置有所述凹槽结构(8)。
7.一种权利要求1至6中任一项所述的复合波导结构的制备方法，其特征在于，包括：
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在
9.如权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，在所述SiO2层(2)的待键合区的所述波导结构(4)的上方形成所述凹槽结构(8)，包括：
10.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述SiO2层(2)的待键合区的所述波导结构(4)的上方形成所述凹槽结构(8)，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种复合波导结构，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的复合波导结构，其特征在于，所述凹槽结构(8)的底面至待键合区的所述波导结构(4)的顶面之间的sio2厚度小于150nm。
3.如权利要求1所述的复合波导结构，其特征在于，所述电光薄膜层(10)键合在所述凹槽结构(8)内时，所述电光薄膜层(10)与所述凹槽结构(8)每边对应的间距大于等于10μm。
4.如权利要求1至3中任一项所述的复合波导结构，其特征在于，所述凹槽结构(8)内允许电光薄膜层(10)的外围边界构成的几何形状嵌入。
5.如权利要求1至3中任一项所述的复合波导结构，其特征在于，所述凹槽结构(8)为多个，相邻的两个所述凹槽结构(8)之间的距离大于10μm。...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘敬伟，周良，李春龙，李超，张彦乐，蔡丰任，花晓强，
申请(专利权)人：国科光芯金杏北京实验室科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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