湿法氧化
湿法氧化工艺用于生长氧化硅厚膜(> 100 nm),主要应用于绝缘层(场氧化层和局部氧化层)和掺杂扩散阻挡层,它们对氧化的要求不太高.
参考如下三种湿法氧化工艺:
| 湿法氧化工艺 | 优势 | 劣势 |
|---|---|---|
| 闪蒸式湿法氧化 | 既适合厚的氧化膜也适合薄的氧化膜,均匀性较好. | 价格较贵 |
| 火焰式湿法氧化 | 价格便宜,污染少,只需要提供相应的供气系统,均匀性较好 | 不适合制备厚膜,因为火焰燃烧,与氢气存在安全风险. |
| 纯水鼓泡式湿法氧化 | 价格适中,可接受的均匀性(当用于制备厚膜时 | 价格适中,可接受的均匀性(当用于制备厚膜时)薄膜氧化存在不均匀的问题,冷的水蒸气引起温度失调,生长较慢因为只使用一半的气体. |
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典型膜厚:
- 500 nm, 1,000 °C (均匀分布)采用纯水方式
- 50 nm, 1,000 °C (均匀分布)采用氢氧合成方式
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最大薄膜厚度:
- 20 μm, 1,000 °C(均匀分布)采用纯水方式
- 3 μm, 1,000 °C(均匀分布)采用氢氧合成方式
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批产能:
- 18英寸恒温区产能100片
- 34英寸恒温区产能200片
- 氧化速率: 标准速率- 迪尔格罗夫氧化模型
- 反应气体: 氢气/氧气(仅用于氢氧合成), DI 水蒸气
- 氧化温度: 800 - 1250 °C
- 折射率: 1.4 - 1.47
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均匀性指标
- 厚度 < 2000 Å ,满足3%均匀性指标(采用标准差计算公式)
- 厚度 > 2000 Å,满足2%均匀性指标(采用标准差计算公式)
应用范围: 光波导,绝缘层、隔离(场氧化层和局部氧化层)、掺杂剂扩散阻挡
创纪录的 30 µm SiO2 氧化层
二氧化硅(SiO2)是基于硅的光子器件中主要的包层与缓冲层,用以将高折射率的波导核心(如 Si 或 Si3N4)与衬底隔离。 在中红外或高功率应用中,为防止光泄漏(倏逝耦合)到衬底,需要厚且高均匀性的氧化层。 Tystar 的光学级 SiO2 氧化技术可实现高达 30 µm 的厚度,创下世界纪录,为波导提供优异的光学包层,有效隔离光路并降低硅光子平台中的串扰。这对于硅-氮化硅混合集成平台尤为关键,可增强光信号处理等功能。 值得注意的是,加州理工学院(Caltech)的研究人员曾利用 Tystar 的 SiO2 氧化技术,在《Nature Photonics》[1] 报道中实现了光学谐振腔品质因数(Q ≈ 109)的世界纪录。
参考文献
[1] H. Lee, et al., “Chemically etched ultrahigh-Q wedge-resonator on a silicon chip,” Nature Pho-tonics, vol. 6, pp. 369-373, 2012.