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Y11T148 微系统所110GHz带宽TFLN与SiN的键合工艺

更新时间:2025-05-28 09:05:01 阅读量:39

中科院的上海微系统所,上海工研院,这些年也对硅光工艺平台上增加薄膜铌酸锂工艺做了很多研究。


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今年写了重庆联合微电子、九峰山、华为海思…,基于铌酸锂与氮化硅的集成平台,微系统所在OFC2025也提到了薄膜铌酸锂与氮化硅的结构,与前述几家单位的结构略有不同。

九峰山、海思等对铌酸锂薄膜有刻蚀工艺,就是氮化硅需要刻蚀,铌酸锂薄膜也需要刻蚀,二者的波导结构独立设计并倏逝波耦合。

微系统所则用的是氮化硅与铌酸锂的“异质集成”波导结构,也就是下图左侧的意思。把下图翻转180°,就ok了。

 


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铌酸锂与氮化硅的键合示意图,~~我重新标注了图示材料颜色,这是硅光集成在之前写了很多案例,习惯了用绿色表示氧化硅,深蓝表示氮化硅,浅蓝表示铌酸锂,紫色表示锗,纯习惯。

在硅衬底上热氧化形成BOX氧化硅层,制作SOI衬底,之后用PECVD沉积氮化硅层,在微系统所的论文里,氮化硅SiN的厚度是180nm,在OFC的演讲报告里则提到沉积的SiN厚度为400nm,~~~,我就取他家论文写的数值吧。


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之后是SiN的波导图形刻蚀,之后覆盖氧化硅并平坦化,这一道工艺十分关键,晶正转移给华为的专利也是为了控制这道工艺的氮化硅与铌酸锂的间隙厚度的精确性。



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氮化硅顶部的氧化硅层研磨后,作为铌酸锂层的键合层,氧化硅和BCB都可以作为键合薄层材料,氧化硅耐高温,能作为商用产品的键合工艺材料来使用。而BCB是高分子聚合物的胶黏材料,可靠性不好。

键合了铌酸锂后,之后就是离子刀技术了。

用氦离子He+来注入,加热汽化,铌酸锂薄膜剥离,完成400nm厚的铌酸锂薄膜层。

之后就是常规的后道工艺,覆盖包层,沉积金属层,金属图形化。金属是电极材料,通常有金、铜、铝等选择,铝低成本容易刻蚀但电阻率等指标不太好,金的性能好,成本也高。

微系统所选择的是硅光工艺平台的标准铝工艺制作调制电极。



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给了调制区域的MZ波导示意图,有些参数尚未公开。



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调制器的调制长度5mm,O波段的半波电压4.3V,C波段的半波电压5.5V,对应的O波段VπL为2.15V.cm, C波段VπL为2.75V.cm,给出了180GBd,260Gbps的PAM4眼图。

带宽超过110GHz。



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