硅光子集成芯片器件的制作方法

本公开总体上涉及硅光子，更具体地涉及硅光子集成芯片(pic)器件及其制造方法。

背景技术：

1、单片集成的光子电路主要在高性能计算(hpc)、器件间互连和光存储器扩展(ome)等应用中用作光数据链路。它们作为移动设备中的输入/输出装置也非常有用，其能实现移动设备与主机设备和/或云服务器之间的快速数据交换，这是无线技术或电缆无法实现的。

2、由于硅光子集成电路(photonic integrated circuit，pic)器件与大多数现有半导体制造技术的兼容性，因此其在制造成本和技术成熟度方面更具优势。不过，硅pic器件很容易因外部环境条件(如潮气、污染、划痕等)而损坏。传统上，二氧化硅(sio2)和氮化硅(sin)的厚双层堆叠被用作钝化层，以保护硅pic器件免受此类环境条件的影响。

3、美国专利us 10,416,380 bl公开了一种利用一个或更多个悬置结构(例如，光学模式光斑尺寸转换器和光子移相器)形成集成光子器件的方法。该悬置结构通过移除衬底的一部分而形成，这样使得空腔在悬置结构的下方形成。此外，通过使用氧化硅(sio2)和氮氧化硅等介电材料填充空腔来使空腔密封，以防止或减少水分进入该空腔中。

4、不过，使空腔密封的缺点包括：

5、-介电材料消耗量更高；

6、-较长的工艺配方或过多的较短工艺配方；

7、-半导体晶圆上的附加应力使得晶圆弯曲和断裂，并由此导致晶圆在半导体设备中的定位不当；

8、-更高的光信号吸收损耗；和

9、-空腔尺寸的限制。

10、因此，需要一种硅光子集成芯片(pic)器件及其制造方法，其中该器件能够在不影响光耦合性能的情况下抵抗潮气，同时消除现有技术的上述所有缺点。

技术实现思路

1、本实用新型涉及一种硅光子集成芯片(pic)器件，其包括绝缘体上硅(silicon-on-insulator，soi)衬底、光波导、悬置的边缘耦合器和保护膜。衬底用作在其上制造一个或更多个器件组件的平台。光波导被设置在soi衬底上以引导光波。悬置的边缘耦合器在波导与光纤之间耦合光波。保护膜覆盖器件的暴露表面。

2、在本实用新型的一个方面中，悬置的边缘耦合器包括一个或更多个边缘刻面、侧腔和/或沟槽，其中保护膜上表面的剖面与器件的暴露表面的剖面吻合。保护膜通过等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition，pecvd)工艺设置在器件上，其中所述保护膜的厚度为10-100纳米。

3、保护膜由包含氮化硅和/或氮氧化硅的电绝缘组合物形成。一个或更多个电触点位于该暴露的表面上，其中保护膜包括用于使每个电触点暴露的开口。

4、还公开了一种硅光子集成芯片(pic)器件的制造方法。该方法包括以下步骤：在绝缘体上硅(soi)衬底上设置光波导以引导光波；在soi衬底或波导上形成一个或多个器件组件，形成悬置的边缘耦合器以在波导与光纤之间耦合光波；以及在硅pic器件的暴露表面上设置保护膜。

5、悬置的边缘耦合器由边缘刻面、侧腔和/或沟槽形成，并且保护膜设置在硅pic器件的暴露表面上，使得保护膜上表面的剖面与暴露表面的剖面吻合。

6、保护膜通过等离子体增强化学气相沉积(pecvd)工艺设置在硅pic器件上，其中保护膜的厚度为10-100纳米。保护膜由电绝缘组合物形成。

技术特征：

1.一种硅光子集成芯片器件(10)，其包括：

2.如权利要求1所述的硅光子集成芯片器件(10)，其特征在于，所述硅光子集成芯片器件在所述暴露表面(14)上包括一个或更多个电触点，其中所述保护膜(13)包括用于使每个电触点暴露的开口。

3.如权利要求2所述的硅光子集成芯片器件(10)，其中所述电触点包括接合垫。

4.如权利要求2所述的硅光子集成芯片器件(10)，其中所述保护膜(13)被蚀刻以形成所述开口。

5.如权利要求4所述的硅光子集成芯片器件(10)，其中在蚀刻之前，所述保护膜(13)被遮盖以定义待蚀刻以形成所述开口的一个或更多个部分。

6.如权利要求5所述的硅光子集成芯片器件(10)，其中在遮盖之后，所述保护膜(13)使用包括各向异性组合物的蚀刻配方进行蚀刻。

7.如权利要求4所述的硅光子集成芯片器件(10)，其中所述蚀刻为毯状蚀刻。

8.如权利要求1所述的硅光子集成芯片器件(10)，其中所述保护膜(13)的厚度为10-100纳米。

9.如权利要求1所述的硅光子集成芯片器件(10)，其中所述边缘刻面(12a)和/或所述沟槽(12b)的侧壁相对于所述soi衬底(11)的角度为87-90°。

技术总结
本技术涉及一种硅光子集成芯片(PIC)器件，其包括绝缘体上硅(SOI)衬底(11)、光波导、悬置的边缘耦合器(12)和保护膜(13)。该SOI衬底(11)用作制造器件的平台。光波导设置在SOI衬底(11)上以引导光波。悬置的边缘耦合器(12)在波导与光纤之间耦合光波。保护膜(13)保护器件(10)免受任何外部环境条件的影响。

技术研发人员：陈建丰
受保护的技术使用者：康庞泰克私人有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23