專利名稱：一種與標(biāo)準(zhǔn)cmos工藝完全兼容的片上光波導(dǎo)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種波導(dǎo)裝置及其制備方法，尤其是涉及一種與標(biāo)準(zhǔn)CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)工藝完全兼容的，能在硅片上傳導(dǎo)光信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)片上光互連的波導(dǎo)裝置及其制備方法。
背景技術(shù)：
采用光波導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)光發(fā)射裝置和光接受裝置的互相連接，具有互連“零”延時(shí)，沒有互連串?dāng)_，互連零功耗，沒有傳輸帶寬限制等四大優(yōu)勢(shì)。目前，實(shí)現(xiàn)片上光波導(dǎo)的主要方法有第一，利用場(chǎng)氧化層和它的“鳥嘴”結(jié)構(gòu)，把光信號(hào)耦合到二氧化硅中傳導(dǎo)；第二，利用SOI(絕緣硅)襯底上的氮化硅層，把光信號(hào)限制在氮化硅層中傳導(dǎo)。但是，由于硅襯底的折射率(3.5)高于二氧化硅(1.46)，因此第一種方法并不能把光信號(hào)很好地限制在二氧化硅中傳導(dǎo)，從而大大限制了光波導(dǎo)的長(zhǎng)度(＜10μm)；第二種方法需要使用SOI襯底，因此不能與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容，因而也大大增加了光波導(dǎo)的制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中光波導(dǎo)不能很好地限制光信號(hào)和不能與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容且制造成本高等諸多問題的存在，提供一種與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容的片上光波導(dǎo)，這種光波導(dǎo)不僅能使“包層”的折射率低于“芯層”，從而很好地把光信號(hào)限制在“芯層”內(nèi)傳導(dǎo)，而且與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容。
本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明一種與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容的片上光波導(dǎo)，所述光波導(dǎo)設(shè)置有包層，所述包層內(nèi)設(shè)置有芯層。
所述包層，由重?fù)诫s的N+埋層，重?fù)诫s的深N阱，氧化層和鈍化層構(gòu)成。
所述芯層，由輕摻雜的P+外延層構(gòu)成。
所述光波導(dǎo)呈脊形結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明一種與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容的片上光波導(dǎo)的制備方法，由以下步驟構(gòu)成①在P型硅襯底上，首先通過N+離子注入，形成重?fù)诫s的N+埋層；②然后通過等離子濺射，在N+埋層上方生長(zhǎng)一層輕摻雜的P+外延層，利用氮化硅掩蔽和離子注入，在P+外延層上形成兩個(gè)重?fù)诫s的深N阱；③接著在整個(gè)硅片上方生長(zhǎng)氧化層；④最后在整個(gè)硅片上方生長(zhǎng)鈍化層。
所述重?fù)诫s的N+埋層，重?fù)诫s的深N阱，氧化層和鈍化層構(gòu)成包層。
所述輕摻雜的P+外延層構(gòu)成芯層。
所述光波導(dǎo)呈脊形結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的有益效果是由于在摻雜濃度越高的區(qū)域，自由載流子濃度越高，其自由載流子吸收效應(yīng)，使折射率越低；反之，摻雜濃度越低的區(qū)域，其折射率越高。因此，當(dāng)光信號(hào)通過波導(dǎo)時(shí)，在垂直方向上，將會(huì)被限制在折射率最低的P+外延層內(nèi)傳導(dǎo)，在水平方向上，將會(huì)被限制在脊形的P+外延層內(nèi)，從而沿著波導(dǎo)的“芯層”傳導(dǎo)。同時(shí)，由于離子注入，等離子濺射，氮化硅掩蔽，氧化層生長(zhǎng)，鈍化層生長(zhǎng)等均是標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝流程的步驟，從而使這種光波導(dǎo)與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容。很好地把光信號(hào)限制在“芯層”內(nèi)傳導(dǎo)，可以有效地增加光波導(dǎo)的長(zhǎng)度；可以有效地降低光波導(dǎo)的制造成本。


圖1是光波導(dǎo)的縱剖面構(gòu)造圖。
圖2是光波導(dǎo)的制造工藝流程圖。
圖中1.P型硅襯底，2.重?fù)诫s的N+埋層，3.輕摻雜的P+外延層，4.重?fù)诫s的深N阱，5.氧化層，6.鈍化層，7.氮化硅掩蔽層具體實(shí)施方式
在圖1中，P型硅襯底1的厚度為250μm，離子注入形成的重?fù)诫sN+埋層2的摻雜濃度為1020/cm3，厚度為10μm，通過等離子濺射形成的輕摻雜P+外延層3的摻雜濃度為1016/cm3，厚度為2μm，通過離子注入形成的重?fù)诫s的深N阱4的注入濃度為1020/cm3，注入深度為1μm，氧化層5的和鈍化層6生長(zhǎng)厚度分別為2μm和10μm。波導(dǎo)的寬度應(yīng)配合光發(fā)射部件的寬度，脊形的寬度與波導(dǎo)的寬度之比最好取1∶2。波導(dǎo)的“包層”由重?fù)诫s的N+埋層2，重?fù)诫s的深N阱4，氧化層5和鈍化層)構(gòu)成，波導(dǎo)的“芯層”由輕摻雜的P+外延層3構(gòu)成。
在圖2所示的制造工藝流程圖，首先在P型硅襯底1上通過N+離子注入a，形成重?fù)诫s的N+埋層2，然后通過等離子濺射b，在重?fù)诫s的N+埋層2上方生長(zhǎng)一層輕摻雜的P+外延層3，隨后利用氮化硅掩蔽層7的掩蔽和離子注入c，在P+外延層上形成兩個(gè)重?fù)诫s的深N阱4，接著在整個(gè)硅片上方生長(zhǎng)有源區(qū)氧化層5d，再利用氮化硅掩蔽層7掩蔽重?fù)诫s的深N阱區(qū)4，生長(zhǎng)場(chǎng)氧化層6e，最后形成光波導(dǎo)f。
權(quán)利要求
1.一種與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容的片上光波導(dǎo)，其特征是，所述光波導(dǎo)設(shè)置有包層，所述包層內(nèi)設(shè)置有芯層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容的片上光波導(dǎo)，其特征是，所述包層，由重?fù)诫s的N+埋層，重?fù)诫s的深N阱，氧化層和鈍化層構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容的片上光波導(dǎo)，其特征是，所述芯層，由輕摻雜的P+外延層構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容的片上光波導(dǎo)，其特征是，所述光波導(dǎo)呈脊形結(jié)構(gòu)。
5.一種與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容的片上光波導(dǎo)的制備方法，其特征是，由以下步驟構(gòu)成①在P型硅襯底上，首先通過N+離子注入，形成重?fù)诫s的N+埋層；②然后通過等離子濺射，在N+埋層上方生長(zhǎng)一層輕摻雜的P+外延層，利用氮化硅掩蔽和離子注入，在P+外延層上形成兩個(gè)重?fù)诫s的深N阱；③接著在整個(gè)硅片上方生長(zhǎng)氧化層；④最后在整個(gè)硅片上方生長(zhǎng)鈍化層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容的片上光波導(dǎo)的制備方法，其特征是，所述重?fù)诫s的N+埋層，重?fù)诫s的深N阱，氧化層和鈍化層構(gòu)成包層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容的片上光波導(dǎo)的制備方法，其特征是，所述輕摻雜的P+外延層構(gòu)成芯層。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容的片上光波導(dǎo)的制備方法，其特征是，所述光波導(dǎo)呈脊形結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容的片上光波導(dǎo)，所述光波導(dǎo)設(shè)置有包層，所述包層內(nèi)設(shè)置有芯層。其制備方法，由以下步驟構(gòu)成①在P型硅襯底上，首先通過N+離子注入，形成重?fù)诫s的N+埋層；②然后通過等離子濺射，在N+埋層上方生長(zhǎng)一層輕摻雜的P+外延層，利用氮化硅掩蔽和離子注入，在P+外延層上形成兩個(gè)重?fù)诫s的深N阱；③接著在整個(gè)硅片上方生長(zhǎng)氧化層；④最后在整個(gè)硅片上方生長(zhǎng)鈍化層。本發(fā)明不僅能使“包層”的折射率低于“芯層”，從而很好地把光信號(hào)限制在“芯層”內(nèi)傳導(dǎo)，而且與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容。
文檔編號(hào)G02B6/13GK101082687SQ20071005786
公開日2007年12月5日 申請(qǐng)日期2007年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月9日
發(fā)明者陳銘義, 周赫, 付興, 潘續(xù)東, 姜楠 申請(qǐng)人:陳銘義, 周赫, 付興, 潘續(xù)東, 姜楠