低損耗三維硅波導(dǎo)交叉結(jié)構(gòu)及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的制作，特別提出了一種三維硅波導(dǎo)交叉結(jié)構(gòu)的制作方法，屬于光互連、光子集成技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]從1969年被首次提出以來，光子集成技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了信息的高速率、大容量傳輸和超高的集成度，成為了銅互連技術(shù)的有力替代者。
[0003]光波導(dǎo)技術(shù)作為光集成技術(shù)最基本的和核心的技術(shù)，對(duì)光開關(guān)、光親合、功率分配器、調(diào)制解調(diào)器、濾波器、波分復(fù)用器等眾多光學(xué)器件有著至關(guān)重要的影響。此外，隨著芯片半導(dǎo)體工藝的快速發(fā)展，芯片集成度不斷提高，單個(gè)芯片上所能容納的計(jì)算核心數(shù)急劇增加，使得片內(nèi)光波導(dǎo)集成度也在不斷提高，波導(dǎo)交叉成為必須要面臨和解決的問題。但是現(xiàn)有單層波導(dǎo)交叉結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)傳輸損耗都比較大，而且需采用剝離和/或化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)拋光工藝，制作復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于提供一種低損耗三維硅波導(dǎo)交叉結(jié)構(gòu)及其制作方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
[0005]為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括:
[0006]在一些實(shí)施例中提供了一種低損耗三維波導(dǎo)交叉結(jié)構(gòu)，其包括:
[0007]交叉設(shè)置且彼此無(wú)直接接觸的的下光波導(dǎo)和上光波導(dǎo)；
[0008]下波導(dǎo)包覆層，包覆在所述下光波導(dǎo)上，并作為上、下光波導(dǎo)之間的上隔離層；
[0009]以及，上波導(dǎo)包覆層，包覆在所述上光波導(dǎo)上。
[0010]進(jìn)一步的，所述下光波導(dǎo)設(shè)置在下隔離層上。
[0011 ]進(jìn)一步的，所述下隔離層設(shè)置在基底上。
[0012]在一些較佳實(shí)施例中，所述下光波導(dǎo)的表面粗糙度小于20nm。
[0013]在一些較佳實(shí)施例中，所述下光波導(dǎo)和上光波導(dǎo)垂直交叉。
[0014]所述的低損耗三維波導(dǎo)交叉結(jié)構(gòu)具有非常低的傳輸損耗和串?dāng)_。
[0015]在一些實(shí)施例中還提供了一種制作所述低損耗三維波導(dǎo)交叉結(jié)構(gòu)的方法，其包括:
[0016]在基底上生長(zhǎng)形成下隔離層，
[0017]在下隔離層上生長(zhǎng)波導(dǎo)芯層，并加工形成下光波導(dǎo)，
[0018]在下光波導(dǎo)上包覆波導(dǎo)包覆材料，形成下波導(dǎo)包覆層，
[0019]在下波導(dǎo)包覆層上生長(zhǎng)波導(dǎo)芯層，并加工形成與下光波導(dǎo)交叉但無(wú)直接接觸的上光波導(dǎo)，
[0020]在上光波導(dǎo)上包覆波導(dǎo)包覆材料，形成上波導(dǎo)包覆層。
[0021]在一些較佳實(shí)施例中，所述的制作方法包括:采用ICP-CVD工藝生長(zhǎng)波導(dǎo)芯層，生長(zhǎng)溫度小于200°C，優(yōu)選為75°C?100°C。其中，通過采用ICP-CVD進(jìn)行波導(dǎo)芯層材料的生長(zhǎng)，可極大降低材料對(duì)光(?1.55微米)的吸收，使波導(dǎo)具有極低的損耗。
[0022]進(jìn)一步的，所述的制作方法可以包括:采用光刻、刻蝕工藝加工波導(dǎo)芯層而形成所述上光波導(dǎo)或下光波導(dǎo)。
[0023]在一些較佳實(shí)施例中，所述的制作方法可以包括:在上光波導(dǎo)或下波導(dǎo)上旋涂SOG(spin on glass coating，旋轉(zhuǎn)涂布玻璃)，固化后形成上波導(dǎo)包覆層或下波導(dǎo)包覆層。其中，通過采用SOG對(duì)波導(dǎo)芯層進(jìn)行平坦化處理，可以獲得很好的平坦化隔離層表面，同時(shí)隔離層的厚度易于控制。
[0024]在一些實(shí)施例中，所述的制作方法可以包括:采用二次旋涂方式在上光波導(dǎo)或下波導(dǎo)上涂布S0G，并采用180°C?200°C熱板固化工藝而形成上波導(dǎo)包覆層或下波導(dǎo)包覆層。
[0025]進(jìn)一步的，所述的制作方法可以包括:對(duì)下波導(dǎo)包覆層進(jìn)行減薄處理，之后下波導(dǎo)包覆層生長(zhǎng)、加工形成上光波導(dǎo)；并且，所述下波導(dǎo)包覆層中分布于上光波導(dǎo)和下光波導(dǎo)之間的、作為隔離層的區(qū)域的厚度大于0，而在I μ??以下，優(yōu)選為0.8 μπ??I μπ?。
[0026]進(jìn)一步的，所述波導(dǎo)芯層的材料包括Si3N4，但不限于此。
[0027]進(jìn)一步的，所述下隔離層的材料包括S12，但不限于此。
[0028]進(jìn)一步的，所述波導(dǎo)包覆材料包括IC1-1000 (Futurrex公司出品)
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0030](I)本發(fā)明通過將交叉波導(dǎo)分別制作在垂直方向的不同層中，構(gòu)成三維波導(dǎo)交叉結(jié)構(gòu)，亦即一種多層硅光子互連網(wǎng)絡(luò)(三維硅光子互連)，從物理上避免了波導(dǎo)交叉，可以大幅降低波導(dǎo)的交叉損耗，并且因波導(dǎo)各表面平整，波導(dǎo)材料的光吸收極低，還可大幅降低傳輸損耗。
[0031](2)本發(fā)明的低損耗三維波導(dǎo)交叉結(jié)構(gòu)制作方法與現(xiàn)有剝離和/或CMP拋光工藝相比，更為簡(jiǎn)單，成本亦有大幅降低。
【附圖說明】
[0032]圖1是本發(fā)明一典型實(shí)施案例中一種三維波導(dǎo)交叉結(jié)構(gòu)的制備工藝原理圖；
[0033]圖2是本發(fā)明一典型實(shí)施案例中一種三維波導(dǎo)交叉結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0034]附圖標(biāo)記說明:基底1、下隔離層2、下光波導(dǎo)3、下波導(dǎo)包覆層(下隔離層)4、上光波導(dǎo)5、上波導(dǎo)包覆層6。
【具體實(shí)施方式】
[0035]如前所述，鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本案發(fā)明人經(jīng)長(zhǎng)期研究和大量實(shí)踐，特提出本發(fā)明的技術(shù)方案，并獲得了出乎意料的良好技術(shù)效果。如下將對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行較為詳細(xì)的解釋說明。
[0036]本發(fā)明主要提供了一種可應(yīng)用于光子集成領(lǐng)域的低損耗三維硅波導(dǎo)交叉結(jié)構(gòu)的制作方法，其中波導(dǎo)交叉結(jié)構(gòu)分別位于不同的平面中，平面間由波導(dǎo)包層材料隔離，從而有效避免了同一平面波導(dǎo)交叉的交叉損耗以及串?dāng)_。
[0037]具體而言，在一些實(shí)施例中，請(qǐng)參閱圖2，所述三維波導(dǎo)交叉結(jié)構(gòu)包括:交叉設(shè)置且彼此無(wú)直接接觸的的下光波導(dǎo)3和上光波導(dǎo)5 ;下波導(dǎo)包覆層4，包覆在所述下光波導(dǎo)上，并作為上、下光波導(dǎo)之間的上隔離層；以及，上波導(dǎo)包覆層6，包覆在所述上光波導(dǎo)上。
[0038]進(jìn)一步的，所述三維波導(dǎo)交叉結(jié)構(gòu)還可包括下隔離層2，下光波導(dǎo)設(shè)置在下隔離層上。
[0039]進(jìn)一步的，進(jìn)一步的，所述三維波導(dǎo)交叉結(jié)構(gòu)還可包括基底1，下隔離層設(shè)置在基底上。
[0040]而在一些實(shí)施例中，制作所述三維波導(dǎo)交叉結(jié)構(gòu)的工藝可以包括:下包層材料(亦可稱為下隔離層)的生長(zhǎng)；下層波導(dǎo)芯層的生長(zhǎng)和刻蝕；S0G旋涂固化形成包覆隔離層；上層波導(dǎo)芯層的生長(zhǎng)和刻蝕；S0G旋涂固化形成包覆隔離層。
[0041]本發(fā)明的三維波導(dǎo)交叉結(jié)構(gòu)之中，波導(dǎo)各表面平整，波導(dǎo)材料的光吸收極低，整個(gè)結(jié)構(gòu)具有非常低的傳輸損耗和交叉損耗，可以用于三維硅光子集成的構(gòu)建。
[0042]而再請(qǐng)參閱圖1，在一較為典型的實(shí)施案例之中，所述制作方法可以包括如下步驟:
[0043](I)在基底I上生長(zhǎng)3丨02等材料作為隔離層材料2，生長(zhǎng)方式可優(yōu)選自PECVD或ICP-CVD，厚度約 2 ?3 μπι ;
[0044](2)在隔離層材料2上生長(zhǎng)Si3N4等波導(dǎo)芯層材料3，生長(zhǎng)方式可優(yōu)選ICP-CVD，厚度約0.3?0.5 μ m，工藝氣體