本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種降低硅基光波導(dǎo)側(cè)壁粗糙度的方法。

背景技術(shù)：

在硅基光波導(dǎo)器件制備過程中，采用干法刻蝕形成波導(dǎo)線條。經(jīng)干法刻蝕后的硅線條側(cè)壁粗糙度的過大會直接加大光的傳播損耗，影響波導(dǎo)器件的性能。目前降低粗糙度的方法有：優(yōu)化刻蝕工藝、濕法氧化-腐蝕-濕法氧化-腐蝕等方法，但是改善的效果有限。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本申請實施例通過提供一種降低硅基光波導(dǎo)側(cè)壁粗糙度的方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中硅基光波導(dǎo)側(cè)壁粗糙度過大的問題。

本申請實施例提供一種降低硅基光波導(dǎo)側(cè)壁粗糙度的方法，包括：

提供襯底；

在所述襯底上形成硅基光波導(dǎo)線條；

對含有所述硅基光波導(dǎo)線條的襯底進行氫氣退火，所述氫氣退火的腔室壓力為：20torr-1atm。

優(yōu)選的，所述氫氣退火的溫度為：600-950℃。

優(yōu)選的，所述氫氣退火的時間為：10-300s。

優(yōu)選的，所述氫氣退火的氫氣流量為：20-180l/min。

優(yōu)選的，所述氫氣退火中通入刻蝕性氣體。

優(yōu)選的，所述刻蝕性氣體為氯化氫。

優(yōu)選的，所述氯化氫的流量為：10-200sccm。

優(yōu)選的，在所述氫氣退火之前，對所述襯底進行rca清洗處理。

優(yōu)選的，所述rca清洗處理采用的是含氫氟酸的溶液。

本申請實施例中提供的一個或多個技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點：

在本申請實施例中，在襯底上形成硅基光波導(dǎo)線條，然后在20torr-1atm腔室壓力條件下，對襯底進行氫氣退火處理。本申請?zhí)峁┑姆椒ㄔ?0torr-1atm腔室壓力條件下便可實現(xiàn)降低硅基光波導(dǎo)側(cè)壁粗糙度，不僅工藝簡單，而且能很好地保持硅基光波導(dǎo)線條的形貌和尺寸。本申請?zhí)峁┑姆椒ㄊ沟霉杌獠▽?dǎo)線條的側(cè)壁粗糙度減小，例如，對于500nm線寬的線條，硅基光波導(dǎo)側(cè)壁粗糙度經(jīng)過氫氣退火后，可以將起伏從8-10nm降到0.5nm以下。

附圖說明

為了更清楚地說明本實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一個實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種降低硅基光波導(dǎo)側(cè)壁粗糙度的方法的流程圖；

圖2為采用現(xiàn)有降低粗糙度的方法處理硅基光波導(dǎo)側(cè)壁后的sem圖；

圖3為采用本發(fā)明實施例提供的一種降低硅基光波導(dǎo)側(cè)壁粗糙度的方法處理后的sem圖。

具體實施方式

本申請實施例通過提供一種降低硅基光波導(dǎo)側(cè)壁粗糙度的方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中硅基光波導(dǎo)側(cè)壁粗糙度過大的問題。

本申請實施例的技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，總體思路如下：

一種降低硅基光波導(dǎo)側(cè)壁粗糙度的方法，包括：

提供襯底；

在所述襯底上形成硅基光波導(dǎo)線條；

對含有所述硅基光波導(dǎo)線條的襯底進行氫氣退火，所述氫氣退火的腔室壓力為：20torr-1atm。

為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說明書附圖以及具體的實施方式對上述技術(shù)方案進行詳細的說明。

本實施例提供了一種降低硅基光波導(dǎo)側(cè)壁粗糙度的方法，如圖1所示，包括：

步驟100：提供襯底。

所述襯底優(yōu)選的為soi或si。

步驟200：在所述襯底上形成硅基光波導(dǎo)線條。

步驟300：對含有所述硅基光波導(dǎo)線條的襯底進行氫氣退火，所述氫氣退火的腔室壓力為：20torr-1atm。

降低硅基光波導(dǎo)側(cè)壁粗糙度是表面自由能減小的過程，隨表面原子遷移速率加快，表面流密度矢量由高能態(tài)向低能態(tài)遷移，驅(qū)使硅表面趨于光滑化。理論研究表明波導(dǎo)表面原子遷移率由材料特性、表面擴散系數(shù)、表面曲率梯度決定。在高溫退火條件下，氫氣會與硅基光波導(dǎo)表面相鄰二聚體上的懸空鍵相互作用，促進硅氫鍵的形成。由于硅氫鍵的存在，硅氫鍵流密度矢量由高能態(tài)向低能態(tài)遷移趨向使波導(dǎo)表面硅原子活性增強，原子遷移率增大，從而更好的實現(xiàn)硅基光波導(dǎo)側(cè)壁光滑化處理。

氫氣退火的主要工藝參數(shù)包括：退火腔室的腔室壓力、退火溫度、退火時間、保護氣的流量等。

具體的，氫氣退火的工藝參數(shù)如下：

退火腔室的腔室壓力為：20torr-1atm。

退火溫度為：600-950℃。其中，升溫速度為2-5℃/s。

退火時間為：10-300s。

退火腔室載入氫氣作為保護氣，氫氣流量為：20-180l/min。

優(yōu)化的氫氣退火的工藝參數(shù)如下：

退火腔室的腔室壓力為：大氣壓或接近大氣壓。

退火溫度為：850-950℃。

退火時間為：30-120s。

退火腔室載入氫氣作為保護氣，氫氣流量為：20-60l/min。

此外，還可以在氫氣退火中通入刻蝕性氣體。通入刻蝕性氣體有助于降低退火溫度。

所述刻蝕性氣體優(yōu)選為氯化氫，但不限于氯化氫。所述氯化氫的流量為：10-200sccm，優(yōu)選為：10sccm。

通入小流量的刻蝕性氣體可以對凸起的硅進行刻蝕，因此，在600℃這樣的低溫下也能夠有效降低硅基光波導(dǎo)側(cè)壁粗糙度。

實施例1：

提供襯底；在所述襯底上形成硅基光波導(dǎo)線條；對含有所述硅基光波導(dǎo)線條的襯底進行氫氣退火，所述氫氣退火的腔室壓力為20torr，退火溫度為950℃，其中，升溫速度為2-5℃/s，退火時間為：10s，退火腔室載入氫氣作為保護氣，氫氣流量為：180l/min。

在高溫退火條件下，氫氣會與硅基光波導(dǎo)表面相鄰二聚體上的懸空鍵相互作用，促進硅氫鍵的形成。由于硅氫鍵的存在，硅氫鍵流密度矢量由高能態(tài)向低能態(tài)遷移趨向使波導(dǎo)表面硅原子活性增強，原子遷移率增大，從而更好的實現(xiàn)硅基光波導(dǎo)側(cè)壁光滑化處理。

在950℃的高溫下進行處理，退火時間短，硅基光波導(dǎo)側(cè)壁粗糙度降低效果顯著。

實施例2和實施例1的區(qū)別在于所述氫氣退火的腔室壓力由實施例1中的20torr增大到一個標準大氣壓。

實施例2：

提供襯底；在所述襯底上形成硅基光波導(dǎo)線條；對含有所述硅基光波導(dǎo)線條的襯底進行氫氣退火，所述氫氣退火的腔室壓力為1atm，退火溫度為950℃，其中，升溫速度為2-5℃/s，退火時間為：10s，退火腔室載入氫氣作為保護氣，氫氣流量為：180l/min。

在高溫退火條件下，氫氣會與硅基光波導(dǎo)表面相鄰二聚體上的懸空鍵相互作用，促進硅氫鍵的形成。由于硅氫鍵的存在，硅氫鍵流密度矢量由高能態(tài)向低能態(tài)遷移趨向使波導(dǎo)表面硅原子活性增強，原子遷移率增大，從而更好的實現(xiàn)硅基光波導(dǎo)側(cè)壁光滑化處理。

當腔室壓強過低，如低于20torr時，硅基光波導(dǎo)線條表面的硅原子流動變快，會導(dǎo)致形變較大；當腔室壓力處于高壓，如接近大氣壓時，有利于硅基光波導(dǎo)線條形貌和尺寸的保持。

因此，在一個標準大氣壓的腔室壓力條件下實現(xiàn)降低硅基光波導(dǎo)側(cè)壁粗糙度，不僅工藝簡單，而且能很好地保持硅基光波導(dǎo)線條的形貌和尺寸。

實施例3和實施例1的區(qū)別在于所述氫氣退火的溫度由實施例1中的950℃調(diào)整到600℃，退火時間由實施例1中的10s調(diào)整到30s，并通入刻蝕性氣體。

實施例3：

提供襯底；在所述襯底上形成硅基光波導(dǎo)線條；對含有所述硅基光波導(dǎo)線條的襯底進行氫氣退火，所述氫氣退火的腔室壓力為20torr，退火溫度為600℃，其中，升溫速度為2-5℃/s，退火時間為：30s，退火腔室載入氫氣作為保護氣，氫氣流量為：180l/min，通入刻蝕性氣體氯化氫，氯化氫的流量為10sccm。

本發(fā)明中選用的所述刻蝕性氣體優(yōu)選為氯化氫，但不限于氯化氫。所述氯化氫的流量為：10-200sccm，優(yōu)選為：10sccm。

在高溫退火條件下，氫氣會與硅基光波導(dǎo)表面相鄰二聚體上的懸空鍵相互作用，促進硅氫鍵的形成。由于硅氫鍵的存在，硅氫鍵流密度矢量由高能態(tài)向低能態(tài)遷移趨向使波導(dǎo)表面硅原子活性增強，原子遷移率增大，從而更好的實現(xiàn)硅基光波導(dǎo)側(cè)壁光滑化處理。

通入小流量的刻蝕性氣體可以對凸起的硅進行刻蝕，因此，在600℃(相對950℃而言是低溫)的條件下也能夠有效降低硅基光波導(dǎo)側(cè)壁粗糙度。通入刻蝕性氣體有助于降低退火溫度，相應(yīng)的需要增加退火時間。

實施例4和實施例1的區(qū)別在于所述氫氣退火中的氫氣流量由實施例1中的180l/min調(diào)整到60l/min。

實施例4：

提供襯底；在所述襯底上形成硅基光波導(dǎo)線條；對含有所述硅基光波導(dǎo)線條的襯底進行氫氣退火，所述氫氣退火的腔室壓力為20torr，退火溫度為950℃，其中，升溫速度為2-5℃/s，退火時間為：10s，退火腔室載入氫氣作為保護氣，氫氣流量為：60l/min。

在高溫退火條件下，氫氣會與硅基光波導(dǎo)表面相鄰二聚體上的懸空鍵相互作用，促進硅氫鍵的形成。由于硅氫鍵的存在，硅氫鍵流密度矢量由高能態(tài)向低能態(tài)遷移趨向使波導(dǎo)表面硅原子活性增強，原子遷移率增大，從而更好的實現(xiàn)硅基光波導(dǎo)側(cè)壁光滑化處理。

由于氫氣流量大會導(dǎo)致尾氣處理量大，因此降低氫氣流量能降低對所使用設(shè)備的要求。

除了上述調(diào)整優(yōu)化外，對上述實施例1-4還可以進行以下改進。

為了不影響氫氣退火的效果，在所述氫氣退火之前，對所述襯底進行rca清洗處理。所述rca清洗處理可以采用含氫氟酸的溶液，但不限于含氫氟酸的溶液。

具體的，可以在上述實施例1-4的氫氣退火處理之前，將硅片放在一定濃度的氫氟酸的溶液里浸泡，以去掉硅片表面的自然氧化層。

采用現(xiàn)有降低粗糙度的方法處理硅基光波導(dǎo)側(cè)壁后的sem圖，如圖2所示。現(xiàn)有降低粗糙度的方法如：優(yōu)化刻蝕工藝、濕法氧化-腐蝕-濕法氧化-腐蝕等方法。

采用本發(fā)明實施例1-4提供的一種降低硅基光波導(dǎo)側(cè)壁粗糙度的方法處理后的sem圖，如圖3所示。

從圖2和圖3的對比可以看到，采用本發(fā)明實施例提供的方法，能夠使得硅基光波導(dǎo)側(cè)壁的粗糙度得到了大幅改善。例如，對于500nm線寬的線條，可以將硅基光波導(dǎo)側(cè)壁的起伏從8-10nm降到0.5nm以下。

本發(fā)明實施例提供的一種降低硅基光波導(dǎo)側(cè)壁粗糙度的方法至少包括如下技術(shù)效果：

在本申請實施例中，在襯底上形成硅基光波導(dǎo)線條，然后在20torr-1atm腔室壓力條件下，對襯底進行氫氣退火處理。本申請?zhí)峁┑姆椒ㄔ?0torr-1atm腔室壓力條件下便可實現(xiàn)降低硅基光波導(dǎo)側(cè)壁粗糙度，不僅工藝簡單，而且能很好地保持硅基光波導(dǎo)線條的形貌和尺寸。本申請?zhí)峁┑姆椒ㄊ沟霉杌獠▽?dǎo)線條的側(cè)壁粗糙度減小，例如，對于500nm線寬的線條，硅基光波導(dǎo)側(cè)壁粗糙度經(jīng)過氫氣退火后，可以將起伏從8-10nm降到0.5nm以下。

最后所應(yīng)說明的是，以上具體實施方式僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。