低損耗三維硅波導交叉結構及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光波導結構的制作，特別提出了一種三維硅波導交叉結構的制作方法，屬于光互連、光子集成技術領域。
【背景技術】
[0002]從1969年被首次提出以來，光子集成技術經過多年的發展，實現了信息的高速率、大容量傳輸和超高的集成度，成為了銅互連技術的有力替代者。
[0003]光波導技術作為光集成技術最基本的和核心的技術，對光開關、光親合、功率分配器、調制解調器、濾波器、波分復用器等眾多光學器件有著至關重要的影響。此外，隨著芯片半導體工藝的快速發展，芯片集成度不斷提高，單個芯片上所能容納的計算核心數急劇增加，使得片內光波導集成度也在不斷提高，波導交叉成為必須要面臨和解決的問題。但是現有單層波導交叉結構的波導傳輸損耗都比較大，而且需采用剝離和/或化學機械拋光(CMP)拋光工藝，制作復雜。

【發明內容】

[0004]本發明的主要目的在于提供一種低損耗三維硅波導交叉結構及其制作方法，以克服現有技術中的不足。
[0005]為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括:
[0006]在一些實施例中提供了一種低損耗三維波導交叉結構，其包括:
[0007]交叉設置且彼此無直接接觸的的下光波導和上光波導；
[0008]下波導包覆層，包覆在所述下光波導上，并作為上、下光波導之間的上隔離層；
[0009]以及，上波導包覆層，包覆在所述上光波導上。
[0010]進一步的，所述下光波導設置在下隔離層上。
[0011 ]進一步的，所述下隔離層設置在基底上。
[0012]在一些較佳實施例中，所述下光波導的表面粗糙度小于20nm。
[0013]在一些較佳實施例中，所述下光波導和上光波導垂直交叉。
[0014]所述的低損耗三維波導交叉結構具有非常低的傳輸損耗和串擾。
[0015]在一些實施例中還提供了一種制作所述低損耗三維波導交叉結構的方法，其包括:
[0016]在基底上生長形成下隔離層，
[0017]在下隔離層上生長波導芯層，并加工形成下光波導，
[0018]在下光波導上包覆波導包覆材料，形成下波導包覆層，
[0019]在下波導包覆層上生長波導芯層，并加工形成與下光波導交叉但無直接接觸的上光波導，
[0020]在上光波導上包覆波導包覆材料，形成上波導包覆層。
[0021]在一些較佳實施例中，所述的制作方法包括:采用ICP-CVD工藝生長波導芯層，生長溫度小于200°C，優選為75°C?100°C。其中，通過采用ICP-CVD進行波導芯層材料的生長，可極大降低材料對光(?1.55微米)的吸收，使波導具有極低的損耗。
[0022]進一步的，所述的制作方法可以包括:采用光刻、刻蝕工藝加工波導芯層而形成所述上光波導或下光波導。
[0023]在一些較佳實施例中，所述的制作方法可以包括:在上光波導或下波導上旋涂SOG(spin on glass coating，旋轉涂布玻璃)，固化后形成上波導包覆層或下波導包覆層。其中，通過采用SOG對波導芯層進行平坦化處理，可以獲得很好的平坦化隔離層表面，同時隔離層的厚度易于控制。
[0024]在一些實施例中，所述的制作方法可以包括:采用二次旋涂方式在上光波導或下波導上涂布S0G，并采用180°C?200°C熱板固化工藝而形成上波導包覆層或下波導包覆層。
[0025]進一步的，所述的制作方法可以包括:對下波導包覆層進行減薄處理，之后下波導包覆層生長、加工形成上光波導；并且，所述下波導包覆層中分布于上光波導和下光波導之間的、作為隔離層的區域的厚度大于0，而在I μ??以下，優選為0.8 μπ??I μπ?。
[0026]進一步的，所述波導芯層的材料包括Si3N4，但不限于此。
[0027]進一步的，所述下隔離層的材料包括S12，但不限于此。
[0028]進一步的，所述波導包覆材料包括IC1-1000 (Futurrex公司出品)
[0029]與現有技術相比，本發明至少具有如下優點:
[0030](I)本發明通過將交叉波導分別制作在垂直方向的不同層中，構成三維波導交叉結構，亦即一種多層硅光子互連網絡(三維硅光子互連)，從物理上避免了波導交叉，可以大幅降低波導的交叉損耗，并且因波導各表面平整，波導材料的光吸收極低，還可大幅降低傳輸損耗。
[0031](2)本發明的低損耗三維波導交叉結構制作方法與現有剝離和/或CMP拋光工藝相比，更為簡單，成本亦有大幅降低。
【附圖說明】
[0032]圖1是本發明一典型實施案例中一種三維波導交叉結構的制備工藝原理圖；
[0033]圖2是本發明一典型實施案例中一種三維波導交叉結構的示意圖；
[0034]附圖標記說明:基底1、下隔離層2、下光波導3、下波導包覆層(下隔離層)4、上光波導5、上波導包覆層6。
【具體實施方式】
[0035]如前所述，鑒于現有技術中的不足，本案發明人經長期研究和大量實踐，特提出本發明的技術方案，并獲得了出乎意料的良好技術效果。如下將對本發明的技術方案進行較為詳細的解釋說明。
[0036]本發明主要提供了一種可應用于光子集成領域的低損耗三維硅波導交叉結構的制作方法，其中波導交叉結構分別位于不同的平面中，平面間由波導包層材料隔離，從而有效避免了同一平面波導交叉的交叉損耗以及串擾。
[0037]具體而言，在一些實施例中，請參閱圖2，所述三維波導交叉結構包括:交叉設置且彼此無直接接觸的的下光波導3和上光波導5 ;下波導包覆層4，包覆在所述下光波導上，并作為上、下光波導之間的上隔離層；以及，上波導包覆層6，包覆在所述上光波導上。
[0038]進一步的，所述三維波導交叉結構還可包括下隔離層2，下光波導設置在下隔離層上。
[0039]進一步的，進一步的，所述三維波導交叉結構還可包括基底1，下隔離層設置在基底上。
[0040]而在一些實施例中，制作所述三維波導交叉結構的工藝可以包括:下包層材料(亦可稱為下隔離層)的生長；下層波導芯層的生長和刻蝕；S0G旋涂固化形成包覆隔離層；上層波導芯層的生長和刻蝕；S0G旋涂固化形成包覆隔離層。
[0041]本發明的三維波導交叉結構之中，波導各表面平整，波導材料的光吸收極低，整個結構具有非常低的傳輸損耗和交叉損耗，可以用于三維硅光子集成的構建。
[0042]而再請參閱圖1，在一較為典型的實施案例之中，所述制作方法可以包括如下步驟:
[0043](I)在基底I上生長3丨02等材料作為隔離層材料2，生長方式可優選自PECVD或ICP-CVD，厚度約 2 ?3 μπι ;
[0044](2)在隔離層材料2上生長Si3N4等波導芯層材料3，生長方式可優選ICP-CVD，厚度約0.3?0.5 μ m，工藝氣體