為了充分利用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容中的各層作為硅基光波導(dǎo)，這里再介紹一種利用CMOS工藝中的磷硅酸玻璃作為 光波導(dǎo)的例子。利用CMOS工藝中的磷硅酸玻璃層作為光波導(dǎo)芯層，磷硅酸玻璃層下面的氧化層作為光波導(dǎo)下包層 ，PSG層上面的金屬層作為上包層。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，磷硅酸玻璃覆蓋在pn結(jié)上。發(fā)光二極管發(fā)出的光直接耦 合進入磷硅酸玻璃光波導(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，磷硅酸玻 璃覆蓋在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)的集成。

　　圖1 磷硅酸玻璃光波導(dǎo)示意圖

　　為了限制光波的橫向擴散，在磷硅酸玻璃光波導(dǎo)兩側(cè)的襯底上制作接觸孔。由于接觸孔內(nèi)填有金屬，因此PSG光 波導(dǎo)側(cè)壁材料就為金屬鋁（如圖2所示）。由于金屬鋁的折射率比PSG的折射率小很多，因而光波就被限制在一定 的范圍之內(nèi)。由于磷硅酸玻璃材料的制作工藝與標(biāo)準(zhǔn)CM0S工藝流程兼容，因此和金屬間氧化物光波導(dǎo)類似，磷硅 酸玻璃光波導(dǎo)的制作步驟與標(biāo)準(zhǔn)CM0S工藝流程相同，具體步驟如下。

　　圖2 磷硅酸玻璃光波導(dǎo)剖面圖

　?。?）有源區(qū)和阱結(jié)構(gòu)的制作：在己經(jīng)清潔過的硅表面，將無須作為阱結(jié)構(gòu)的部分用氧化硅層覆蓋保護。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)。

　　（2）場氧化層的制作：場氧化隔離層用做磷硅酸光波導(dǎo)的下包層，是光波導(dǎo)器件的基礎(chǔ)。在已經(jīng)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）。在有源區(qū)部分生長一層厚的氮化硅（Si3N4）保護層（大約⒛0 nm）。氮化硅層的目的是保護有源區(qū)不受到氧化。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）。除去氮化硅保護層。

　?。?）淀積磷硅酸玻璃層：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。對有源區(qū)MOS管柵極區(qū)域進行閾值校準(zhǔn)注入。主要是調(diào)整MOS管溝道雜質(zhì)濃度，達到校準(zhǔn)MOS管開啟閾值的目的。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（OxideSpacer）。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。淀積磷硅酸玻璃層。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。在磷硅酸玻璃光波導(dǎo)中，接觸孔的目的是為了限制磷硅酸光波導(dǎo)的尺寸，接觸孔中將填入金屬鋁。

　?。?）層金屬層的制作：與金屬間氧化物光波導(dǎo)不同的是，磷硅酸玻璃光波導(dǎo)只用到CMOS工藝中的層金屬鋁。由于金屬鋁的折射率（1．39）比磷硅酸折射率（1．47）小很多，，金屬鋁是做磷硅酸光波導(dǎo)側(cè)壁的理想材料。在制作金屬層時，將鋁材料淀積到接觸孔中和需要制作金屬線的區(qū)域。金屬線的下表面與PSG層相接觸，因此可作為PSG光波導(dǎo)的上包層。

　　由以上的描述可以看出，與金屬間氧化物光波導(dǎo)一樣，這種磷硅酸光波導(dǎo)的制作過程與CMOS工藝一樣，不需要改變?nèi)魏挝?a href="http://www.hbjingang.com" target="_blank">電子集成電路的加工工序，為研究開發(fā)微電子與光電子集成系統(tǒng)提供了研究基礎(chǔ)。與金屬間氧化物光波導(dǎo)不同，這種光波導(dǎo)的上、下包層不是同一種材料，也就是說光波在光波導(dǎo)中傳播時，在上、下包層的交界處的全反射臨界角不同。這就對光發(fā)射器的出射光進入光波導(dǎo)時的入射角提出了一定的要求。

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