Diese Studie bewertet systematisch die Beziehung zwischen der Wafer-Level-Gleichmäßigkeit des Lithographie- und Trockenätzprozesses auf einer 8-Zoll-isolierten Siliziumplattform und der physischen Morphologie sowie den optischen Eigenschaften passiver Silizium-Photonik-Bauelemente. Basierend auf einer 220 nm dicken oberen Siliziumschicht wurden Tiefultraviolett-Lithographie und induktiv gekoppeltes Plasma-Reaktive-Ion-Ätzen eingesetzt, um den vollständigen Zweistufenprozess für Gitterkoppler (70 nm Flachätzung) und einmodige Gerade-Wellenleiter (220 nm Vollätzung) abzuschließen. Mit Hilfe von Atomic-Force-Mikroskopie, kritischer Dimensions-Scanning-Elektronenmikroskopie und einer vollautomatischen optischen Sondierstation wurden fünf 8-Zoll-Wafer umfassend hinsichtlich physikalischer Abmessungen und Transmissionsverlusten charakterisiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die durchschnittliche Ätztiefe und die durchschnittliche Linienbreite zwischen den Wafern relativ stabil bleiben; jedoch wurden innerhalb einzelner Wafer bestimmte radiale Prozessabweichungen beobachtet, wobei die mikroskopische Verkleinerung der Abmessungen in Randbereichen und die Verschlechterung der Seitenwandmorphologie das optische Feldverteilung beeinflussen und Streuverluste an den Seitenwänden erhöhen können, was letztendlich zu einem Anstieg der Transmissionsverluste des einmodigen Wellenleiters von der zentralen zur Randregion führt. Zusammenfassend sind mögliche makroskopische Last- und laterale Ätzverhalten bei der Trockenätzung großer Wafer wichtige Faktoren, die die Konsistenz der Leistung von Silizium-Photonik-Chips auf Waferebene beeinflussen. Diese Erkenntnisse liefern eine experimentelle Grundlage und Prozessoptimierungsansätze für optische Nachbareffektausgleich, Ätzrezeptverbesserung und Ertragssteigerung auf der 8-Zoll-SOI-Plattform.

Silizium-Photonik;einmodiger Siliziumwellenleiter;Gitterkoppler;8-Zoll-SOI;ICP-RIE Trockenätzen;Wafer-Level-Gleichmäßigkeit;Transmissionsverluste;Kanteffekt