[发明专利]一种基于晶圆键合形成SiO2衬底的调制器制作方法及其调制器结构

说明书

本发明提供了一种基于晶圆键合形成SiO2衬底的调制器制作方法及其调制器结构，该方法包括：提供SOI晶圆和Si晶圆，在Si晶圆表面制作第一凹槽和填充所述第一凹槽的SiO2衬底层；将SOI晶圆的顶层硅一侧与所述Si晶圆填充有SiO2衬底层的一侧面对面键合，去掉所述SOI晶圆的Si衬底层和SiO2层，制得含顶层硅的SiO2衬底晶圆；在所述SiO2衬底晶圆的顶层硅上制作调制器波导，并制作绝缘介质层和连接到调制器波导重掺杂区的电极，完成调制器的制作。本发明的制作方法及制作的调制器结构可以实现光波和微波群速度的匹配和器件的阻抗匹配，同时降低了器件的微波损耗，不仅能够满足高速调制器的应用需求，还能够实现非气密的封装，机械性能更加稳定，适合大规模制造和商用化。

技术领域

本发明涉及调制器技术领域，具体涉及一种基于晶圆键合形成SiO2衬底的调制器制作方法及其调制器结构。

背景技术

硅光调制器可以实现高速的数据调制，是高速硅光芯片的核心器件之一，为了实现高速传输通常采用行波电极的结构。现有的调制器结构存在制作材料介电常数和尺寸的限制，造成行波电极的微波群折射率和光波的群折射率差距较大，因此光波和微波传输时存在较大的速度失配，调制带宽窄，特征阻抗也难以匹配到50欧姆；同时，调制器结构大多采用硅作衬底，还存在较大的微波损耗问题。正是由于这些问题的存在，极大地限制了调制器速率的提升。

通过衬底掏空的方案可以提高行波电极微波群折射率，较容易地将特征阻抗匹配到50欧姆，同时降低微波在衬底中的损耗，以达到提高调制器工作速率的目的。然而基于湿法的衬底掏空工艺在工艺控制方面具有较高的要求，同时为了有效地降低微波损耗，被掏空腐蚀的区域通常较大，导致悬臂梁结构调制器的机械结构性能不稳定，从而器件的可靠性和良率都存在很大的问题，不适合大规模生产。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种基于晶圆键合形成SiO2衬底的调制器制作方法及其调制器结构，用于解决传统调制器制作方法难以制作兼顾高速率和稳定性能的调制器结构，以及工艺条件难以控制，不适合大规模生产的问题。

为实现上述目的，本发明一方面采用了如下的技术方案：

一种基于晶圆键合形成SiO2衬底的调制器制作方法，包括：

提供SOI晶圆和Si晶圆，在所述Si晶圆一侧制作第一凹槽，并制作SiO2衬底层填充所述第一凹槽；

将所述SOI晶圆的顶层硅一侧与所述Si晶圆填充有SiO2衬底层的一侧面对面键合，去掉所述SOI晶圆的Si衬底层和SiO2层，以制得含顶层硅的SiO2衬底晶圆；

在所述SiO2衬底晶圆的顶层硅上制作调制器波导，并在所述调制器波导上制作绝缘介质层和贯穿于绝缘介质层内并接触调制器波导重掺杂区的通孔；

在所述通孔内制作电极，形成调制器波导与外部的连接，以完成调制器的制作。

另一方面，本发明还提供了一种调制器结构，采用上述基于晶圆键合形成SiO2衬底的调制器制作方法制备而成。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明一种基于晶圆键合形成SiO2衬底的调制器制作方法及其调制器结构，采用SiO2衬底制作调制器，实现了光波和微波群速度的匹配和器件的阻抗匹配，同时降低了器件的微波损耗，能够满足高速调制器的应用需求；制作方法与现有的CMOS工艺兼容，能够制作机械性能更加稳定的调制器结构，适合大规模制造和商用化。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述制作方法的实施例中SOI晶圆和Si晶圆结构示意图；