Исследование технологического метода предотвращения растрескивания толстых слоев Si3N4 при изготовлении ФИС
Автор: Горелов Д.В., Моляков Н.А., Сауров М.А., Рязанов Р.М.
Журнал: Труды Московского физико-технического института @trudy-mipt
Рубрика: Физика
Статья в выпуске: 3 (67) т.17, 2025 года.
Бесплатный доступ
Волноводы из нитрида кремния (Si3N4) широко применяются при создании фотонно-интегральных схем (ФИС). Высокие оптические характеристики ФИС достигаются на пленках нитрида кремния (Si3N4), полученных процессом химического осаждения из паровой фазы при пониженном давлении (LPCVD). Для толстых слоев Si3N4 (>300 нм) характерен высокий уровень внутренних механических напряжений, которые при определенных условиях могут приводить к образованию трещин, из-за которых снижается выход годных ФИС и ограничивается их применение. В данной работе для предотвращения растрескивания слоя Si3N4 с подслоем из оксида кремния (SiO2) по периметру и внутри рабочей области кремниевой (Si) подложки формировались канавки шириной 120 мкм процессом плазмохимического травления (ПХТ). Глубина травления составляла 3,2 мкм, что существенно превышало толщину осаждаемого Si3N4 (450 нм). Предложенный подход позволил изготовить тестовые элементы ФИС без трещин в сердцевине и оболочке со средними оптическими потерями ∼0,8 дБ/см на длине волны 1550 нм.
Нитрид кремния, LPCVD, интегральный волновод, ФИС, оптические потери, оксид кремния, растрескивание пленок, механические напряжения, материалы для интегральной оптики
Короткий адрес: https://sciup.org/142245846
IDR: 142245846 | УДК: 539.421, 539.379, 621.372
A research on a technological method for preventing cracking of thick Si3N4 layers during manufacturing process of PICs
Si3N4 waveguides are widely used in the creation of photonic integrated circuits (PIСs). High optical characteristics of PICs are achieved on silicon nitride (Si3N4) films obtained by chemical vapor deposition at reduced pressure (LPCVD). Thick Si3N4 layers (>300 nm) are characterized by a high level of internal mechanical stresses, which, under certain conditions, can lead to the formation of cracks, which reduce the yield of suitable PICs and limit their use. In this work, to prevent cracking of the Si3N4 layer with a silicon oxide (SiO2) sublayer, 120 um wide grooves were formed along the perimeter and inside the working area of the silicon (Si) wafer by plasmochemical etching (PCE). The etching depth was 3.2 um, which significantly exceeded the thickness of the deposited Si3N4 (450 nm). The proposed approach made it possible to produce PICs elements without cracks in the core and cladding with an average optical loss of ∼0.8 dB/cm at a wavelength of 1550 nm.
