Page 22 - 网络电信2018年11月刊下

火焰水解法制备芯片上包层工艺解析

林尚亚、黄平
浙江富春江光电科技有限公司

摘要：本文对基于火焰水解法制
备光分路器芯片上包层工艺进行了深
入探讨。针对FHD工艺配方和玻璃化的
退火工艺，从原理到工艺确定进行阐
述，探讨各工艺参数对膜质量的影响
的影响。
关键词：光分路器芯片；火焰水解
法；流量；温度；

一、火焰水解法简介 而FHD可一次完成20+um的镀膜，完全能解决PECVD的缺陷。而从
火焰水解法（Flame Hydrolysis Deposition）简称FHD， 安全性角度上看，PH3和B 2 H 6 皆为神经性毒气，SiH 4 易燃易爆，
是指在H 2 和O 2 的燃烧气氛中，通过SiCl 4 /BCl 3 /POCl 3 的水解作 而SiCl 4 、BCl 3 和POCl 3 相对安全。
用，使生成的SiO 2 /B 2 O 3 /P 2 O 5 颗粒淀积在衬底上，然后将沉积在
衬底上的颗粒连同衬底放入高温炉中分别加热1200℃左右并恒 三、FHD制备光分路器芯片上包层对芯片最
温2小时进行退火处理。反应过程如下： 终指标的影响
SiCl 4 + POCl 3 + BCl 3 + 10H 2 +5O 2 (高温火焰) 光分路器芯片的制备，最主要的指标为损耗和PDL。而在前
=> Si(OH)x + B(OH)x + P(OH)x + 10HCl + α 道工序完全正常的前提下，FHD工序对光分路器芯片最终的损耗
=> SiO 2 + B 2 O 3 + P 2 O 5 + 10HCl + α 和PDL指标影响十分明显。
此法广泛地运用于光纤预制棒的制备，如VAD法制备预制 1、FHD工艺折射率匹配对损耗的影响
棒。在预制棒的制备中，其主要是纵向生长，本文主要介绍用 光分路器芯片的传输原理与光纤一样，通过芯层与包层的
此法制备石英晶圆上SiO 2 波导的上包层，为横向生长。如图： 折射率差形成全反射将光束缚在波导内，以达到传输的目的。
其折射率分布应如下：
图3 光分路器芯片折射率分布图

图1、VAD 图2、FHD 在实际的工艺中，上包层的折射率需要与根据前道下包层
和芯层的折射率进行微调。而试验数据表明当FHD工艺的折射率
二、火焰水解法与PECVD上包层的对比
在半导体行业中，BPSG为较常见的工艺，在光分路器芯片 高于或低于下包层折射率时，损耗会明显变大。如下页图4：
因此，如图4所见，需要对FHD上包层折射率进行精确控
的传统制备中，就是采用PECVD镀BPSG作为上包层。反应过程如
制，当其有浮动时会直接体现在芯片最终的损耗指标上，影响
下：
产品质量。
SiH 4 + 2N 2 O => SiO 2 + 2H 2 + 2N 2
2、FHD工艺对PDL的影响
2PH 3 + 5N 2 O => P 2 O 5 + 3H 2 + 5N 2
在制备光分路器芯片的时候，最终的测试结果显示PDL偏
B 2 H 6 + 3N 2 O => B 2 O 3 + 3H 2 + 3N 2
大，对各个工序进行逐一排查后，怀疑为FHD问题。经研究，决
在制备光分路器芯片中，使用PECVD长BPSG的缺点十分明
定尝试在芯层和上包层之间增加一层缓冲层，以减小PDL。经试
显，即为了良好的覆盖性，要达到20+um膜厚需要多次镀膜，同
验，效果十分明显。此缓冲层的结构是在上包层的基础上增加
时伴随多次退火，时间长，工序多，增加晶圆污染的可能性。
网络电信 二零一八年十一月 21