[发明专利]一种多层硅光子器件的制备方法

说明书

本发明涉及一种多层硅光子器件的制备方法。多层硅光子器件的制备方法：步骤a：提供第一SOI片，在顶层硅上形成有源器件，然后沉积第一层间介质；步骤b：将第二SOI片键合在第一层间介质上，使第二SOI片的顶层硅与第一层间介质贴合，刻蚀去除第二SOI片的背衬底和埋氧化层，然后形成有源器件，再沉积第二层间介质；步骤c：重复步骤b，直至形成N层堆叠结构；步骤d：可选择性地进行后加工处理，形成多层硅光子器件。本发明采用键合的方法将SOI片的顶层单晶硅键合至硅光SOI器件片，键合完成后利用单晶硅的优势制备有源和低损耗无源器件，此方法可以多次键合制备多层低损耗硅基无源有源器件。

技术领域

本发明涉及半导体生产工艺领域，特别涉及一种多层硅光子器件的制备方法。

背景技术

目前硅基光子器件通常是基于SOI衬底的顶层硅制作。SOI是硅晶体管结构在绝缘体之上的意思，原理就是在硅晶体管之间(即顶层硅和背衬底之间)加入绝缘体物质(埋氧化层，BOX)，可使两者之间的寄生电容比原来的少上一倍。优点是可以较易提升时脉，并减少电流漏电成为省电的IC。对于多层硅光子器件，需要在基础SOI上沉积多层膜，以形成多层器件结构。传统的方法是：SOI顶层硅以上的层次主要通过以下两种方式实现：以CVD方法沉积氮化硅或者氮氧化硅的方法制作，而这两种材料只能制备无源器件；或者，以CVD方法沉积多晶或者非晶硅，虽然可以制备有源器件，但是作为无源波导的损耗又太高。

为此，特提出本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种多层硅光子器件的制备方法，该方法采用键合的方法将SOI片的顶层单晶硅键合至硅光SOI器件片，键合完成后利用单晶硅的优势制备有源和低损耗无源器件，此方法可以多次键合制备多层低损耗硅基无源有源器件。

为了实现以上目的，本发明提供了以下方案。

一种多层硅光子器件的制备方法，所述多层硅光子器件包括多个形成有有源器件的硅层，其制备方法为：

步骤a：提供一个第一SOI片，在所述第一SOI片的顶层硅上形成第一有源器件，然后沉积第一层间介质；

步骤b：将第二SOI片键合在所述第一层间介质上，使所述第二SOI片的顶层硅与所述第一层间介质贴合，刻蚀去除所述第二SOI片的背衬底和埋氧化层，然后形成第二有源器件，再沉积第二层间介质；

步骤c：重复步骤b，直至形成N层堆叠结构；

步骤d：可选择性地进行后加工处理，形成多层硅光子器件；

其中，所述N为大于等于3的整数。

本发明按照由下至上的顺序，先在基础SOI片上制作第一层有源器件，然后以层间介质为间隔，不断重复“键合SOI片、刻蚀背衬底和埋氧化层、形成有源器件、间隔介质”的步骤，从而将制作出多层有源器件层。在制作过程中，由于SOI片的顶层硅均为单晶硅，所以所有有源器件均在单晶硅上形成，波导损耗低，同时也可以在该单晶硅层上制作无源器件。另外，由于单晶硅具有更规则均匀的形貌，因此制作出的器件性能稳定性高。

因此，本发明的键合工艺用于替代现有的沉积工艺具有很大优势。

本发明所述的多层硅光子器件包括但不限于波导器件、耦合器、调制器或探测器等硅光子集成类型的半导体器件。

与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：

(1)解决现有多层硅光子器件制作工艺中波导低损耗和制作无源器件无法兼顾的问题。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1为传统单层SOI光子器件的结构示意图；