與標準CMOS工藝兼容的金屬間氧化層光波導(dǎo)，利用CMOS工藝中的一層金屬和二層金屬間的氧化層作為光波導(dǎo)芯 層，層金屬作為光波導(dǎo)下包層，二層金屬作為光波導(dǎo)上包層。如圖1所示，利用有源區(qū)與阱間的pn結(jié)作為發(fā)光 二極管，二氧化硅覆蓋在pn結(jié)上。發(fā)光二極管發(fā)出的光直接耦合進入金屬間氧化層光波導(dǎo)，實現(xiàn)發(fā)光二極管與光 波導(dǎo)的集成，利用有源區(qū)與阱間的pn結(jié)作為光探測器，二氧化硅覆蓋在pn結(jié)上。光波導(dǎo)將光直接耦合到光探測器 ，實現(xiàn)光探測器與光波導(dǎo)（110）的集成。

圖1 金屬間氧化物光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)

　　金屬間氧化層光波導(dǎo)的材料和工藝均與標準CMOS工藝流程兼容，因此制作步驟與標準CM0S工藝流程相同，具體 步驟如下。

　　（1）有源區(qū)和阱結(jié)構(gòu)的制作：由于光發(fā)射器和光探測器都是由有源區(qū)和阱結(jié)構(gòu)構(gòu)成，所以制作的步是制作 有源區(qū)和阱結(jié)構(gòu)。首先在已經(jīng)清潔過的硅表面，將不需作為阱結(jié)構(gòu)的部分用氧化硅層覆蓋保護。然后將磷元素注 入沒有被氧化硅層覆蓋的襯底，從而形成N型阱區(qū)。在N型阱區(qū)上生長一層薄氧化層。根據(jù)掩模版，在有源區(qū)處再注入磷元素形成P＋有源區(qū)。

　?。?）場氧化隔離層的制作：場氧化隔離層用來隔離不同作用的有源區(qū)。在已做好阱結(jié)構(gòu)和有源區(qū)的硅表面生長一層薄的二氧化硅層（大約20～60 nm）。然后在有源區(qū)部分生長一層厚的氮化硅保護層（大約200 nm）。氮化硅層的目的是保護有源區(qū)避免受到氧化。對整個硅片進行氧化，在沒有氮化硅保護層的區(qū)域生長一層厚的氧化硅隔離層（大約900 nm）厚。除去氮化硅保護層，完成場氧化層的制作。

　　（3）淀積磷硅酸玻璃層：在CMOS工藝中，主要的制作對象是NMOS和PMOS管，因此在淀積磷硅酸玻璃層時需要用到制造MOS管的工藝。首先在已經(jīng)做好氧化層隔離和阱結(jié)構(gòu)的硅芯片上，生長一層薄的二氧化硅層。然后對有源區(qū)MOS管柵極區(qū)域進行閾值校準注入。主要是調(diào)整MOS管溝道雜質(zhì)濃度，達到校準MOS管開啟閾值的目的。接著除去柵極區(qū)域以外的二氧化硅層。在柵極二氧化硅層上淀積多晶硅。對阱結(jié)構(gòu)中將要制作MOS管的源、漏區(qū)域進行N型注入和P型注入，形成NMOS和PMOS管的源、漏極。在MOS管柵極側(cè)面淀積柵極氧化物保護墻（Oxide Spacer）。主要目的是調(diào)整溝道有效長度。在MOS管柵極、源極、漏極上淀積硅化物，增強MOS管各極的導(dǎo)電性。淀積PSG層。在需要與金屬連接的區(qū)域腐蝕出接觸孔（Contact Holes）。接觸孔的目的是可以使MOS管各極與金屬線相連。但是，當(dāng)用金屬間氧化物做光波導(dǎo)時，接觸孔的目的是為了光源和光探測器能夠和光波導(dǎo)直接耦合。

　?。?）一層金屬層的制作：由于金屬鋁的折射率比二氧化硅折射率大，金屬鋁是用做氧化層光波導(dǎo)包層的理想材料。在制作金屬層時，將鋁材料淀積到接觸孔中和需要制作光波導(dǎo)的區(qū)域，作為光波導(dǎo)的下包層。

　?。?）氧化物淀積：在已經(jīng)做好的一層金屬上淀積二氧化硅，作為光波導(dǎo)的芯層。

　?。?）二層金屬層的制作：在二氧化硅上將鋁材料淀積到需要制作光波導(dǎo)的區(qū)域，作為光波導(dǎo)的上包層。這樣，二層金屬與一層金屬形成光波導(dǎo)的上、下包層。

　　從上述的光波導(dǎo)的制作過程可以看出，這種金屬間氧化物光波導(dǎo)完全用CMOS工藝制作而成，無須更改CMOS工藝中的任何工序和材料，可以在生產(chǎn)廠商（Foundry）的工藝流水線上與CMOS集成電路一同制造，真正實現(xiàn)了光電子與微電子的集成。在金屬間氧化物光波導(dǎo)中，光波導(dǎo)芯層的是二氧化硅材料，折射率為1.37；光波導(dǎo)上、下包層都是金屬鋁材料，折射率為1.39。因此，這種光波導(dǎo)中的芯層和包層的材料特性與標準光波導(dǎo)模型類似，所以可以得到較高的傳輸效率，從而為實現(xiàn)硅基單片光電子集成回路提供了可行性。

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