【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体加工，具体涉及一种复合波导结构及制备方法。
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(lithiumniobate，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，其与硅或波导结构异质集成的马赫-曾德尔电光调制器(mach-zehndermodulators，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备可缩放性。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)、晶圆到晶圆(wafer-to-wafer，w2w)和芯片到芯片(die-to-die)等键合的方式实现。
3、从现有技术中可以看出，化学机械抛光方法(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
技术实现思路
1、有鉴于此，本说明书实施例提供一种复合波导结构及制备方法，已达到解决同一晶圆缺少多样性以及特殊结构在芯片中的应用受限的目的。
2、本说明书实施例提供以下技术方案：
3、一种复合波导结构，包括：
4、波导晶圆，波导晶圆包括si基底层、设置在si基底层的顶面的sio2层、波导结构、金属电极和至少一个键合凹槽，波导结构和金属电极设置在sio2层中且波导结构的所处层位高于金属电极的所处层位；
5、键合凹槽设置在sio2层中且位于待键合区的波导结构的上方；
6、电光薄膜层，电光薄膜层与键合凹槽一一对应，并键合在对应的键合凹槽内，电光薄膜层与对应键合凹槽下方的波导结构构成复合波导结构，其中，电光薄膜层在电光薄膜晶圆中，相邻的电光薄膜层通过sio2加工形成的支撑连接点连接，在键合时通过下压技术使支撑连接点断裂后将电光薄膜层压入键合凹槽内。
7、进一步地，键合凹槽的底面至待键合区的波导结构的顶面之间的sio2厚度小于150nm。
8、一种复合波导结构的制备方法，包括：
9、加工制备包含金属电极和波导结构的波导层，在波导层中加工制备金属电极及热调结构；
10、在波导结构的上方加工至少一个键合凹槽，生成包含键合凹槽的波导晶圆；
11、加工制成包含电光薄膜层的电光薄膜晶圆；
12、将电光薄膜晶圆的电光薄膜层的一侧朝向键合凹槽且电光薄膜层与波导晶圆的键合凹槽一一对应，利用下压键合技术将电光薄膜层压入至键合中进行键合，使电光薄膜层与对应键合下方的波导结构构成复合波导。
13、进一步地，加工制备包含金属电极和波导结构的波导层，在包含金属电极和波导结构的波导层中加工制备金属电极及热调结构，包括：在si基底层上制备第一sio2层；
14、在第一sio2层的上层制备金属薄膜，对金属薄膜进行加工，生成至少一个金属电极；
15、在金属电极上沉积第一sio2钝化层，对第一sio2钝化层进行平坦化处理；
16、在第一sio2钝化层的上层沉积波导薄膜，将波导薄膜制作生成波导结构；
17、在波导结构的上层沉积第一sio2波导包层，对第一sio2波导包层进行平坦化处理，直至位于波导结构上层的第一sio2波导包层的厚度为1μm～3μm；
18、在sio2层中金属电极上方刻蚀生成互连通孔，对互连通孔进行通孔填充，生成通孔金属，并对通孔金属进行平坦化处理；
19、在sio2层的上层制备金属薄膜并进行图形化制作形成金属电极，在金属电极的上层沉积tin层并进行图形化制作形成热调结构；
20、在热调结构的上层沉积第二sio2钝化层，并对第二sio2钝化层进行平坦化处理，其中，第一sio2层、第一sio2钝化层、第一sio2波导包层和第二sio2钝化层构成sio2层；
21、在金属电极的上方刻蚀生成引脚焊盘孔。
22、进一步地，在波导结构的上方加工至少一个键合凹槽，生成包含键合凹槽的波导晶圆，包括：
23、在波导结构上方刻蚀sio2层生成键合凹槽，使波导结构上方的sio2层的剩余厚度小于150nm。
24、进一步地，键合凹槽的平面尺寸大于1μm×1μm。
25、进一步地，加工制成包含电光薄膜层的电光薄膜晶圆，包括：
26、加工制备lnoi衬底，其中，lnoi衬底从下至上依次包括si基底层、第二sio2层和电光薄膜层；
27、对lnoi衬底进行电光薄膜晶圆图形化处理，将覆盖有硬掩膜的电光薄膜层作为电光薄膜晶圆；
28、在电光薄膜晶圆的上层沉积第二sio2波导包层，对第二sio2波导包层进行平坦化处理，其中，第二sio2和第二sio2波导包层构成sio2层；
29、在sio2层中刻蚀，直至在sio2层与si基底层之间生成键合对准孔和支撑连接点；
30、去除硬掩膜，加工制成包含键合对准孔的电光薄膜晶圆。
31、进一步地，对lnoi衬底进行电光薄膜晶圆图形化处理，将覆盖有硬掩膜的电光薄膜层作为电光薄膜晶圆，包括：
32、在lnoi衬底上沉积硬掩膜，其中，硬掩膜的材料包括非晶硅和/或铬；
33、根据电光薄膜晶圆的位置，通过光刻后先干法刻蚀硬掩，再刻蚀电光薄膜层，形成电光薄膜晶圆。
34、进一步地，利用下压键合技术将电光薄膜层压入至键合凹槽中进行键合，包括：
35、将电光薄膜晶圆的电光薄膜层的一侧朝向键合凹槽且电光薄膜层与波导晶圆的键合凹槽一一对应，将电光薄膜晶圆与波导晶圆结合，生成初始键合晶圆；
36、去除初始键合晶圆中电光薄膜晶圆的si基底层，使相邻的电光薄膜层通过支撑连接点连接形成悬空结构；
37、使用下压工具，向下按压初始键合晶圆中电光薄膜晶圆的悬空结构，使悬空结构从支撑连接点处断裂；
38、使悬空结构下移至始键合晶圆中波导晶圆的键合凹槽底部，使电光薄膜层与键合底部键合后，生成复合波本文档来自技高网...
【技术保护点】
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，所述键合凹槽(9)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。
3.一种权利要求1至2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：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，加工制备包含所述金属电极(3)和所述波导结构(4)的波导层，在所述波导层中加工制备所述金属电极(3)及热调结构，包括：
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述波导结构(4)的上方加工至少一个键合凹槽(9)，生成包含所述键合凹槽(9)的波导晶圆，包括：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述键合凹槽(9)的平面尺寸大于1μm×1μm。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，加工制成包含电光薄膜层(10)的电光薄膜晶圆，包括：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，对所述LNOI衬底进行电光薄膜晶圆图形化处理，将覆盖有硬掩膜(11)的所述电光薄膜层(10
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，利用下压键合技术将所述电光薄膜层(10)压入至所述键合凹槽(9)中进行键合，包括：
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述下压工具为包含微针阵列的下压工具，所述微针阵列的材料为柔弹性材料。
...【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，所述键合凹槽(9)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。
3.一种权利要求1至2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：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，加工制备包含所述金属电极(3)和所述波导结构(4)的波导层，在所述波导层中加工制备所述金属电极(3)及热调结构，包括：
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述波导结构(4)的上方加工至少一个键合凹槽(9)，生成包含所述键合凹槽(9)的波导晶圆，包括：
6.根据权...
【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：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。