В данном исследовании систематически оценена связь между равномерностью литографии и сухого травления на 8-дюймовой изолированной кремниевой платформе и физической морфологией и оптическими характеристиками пассивных кремниевых фотонных устройств. На основе верхнего кремниевого слоя толщиной 220 нм применялись глубокая ультрафиолетовая литография и реактивное ионное травление с индуктивно-связанной плазмой для выполнения двухэтапного полного процесса изготовления решётчатого переходника (мелкое травление 70 нм) и одномодового прямого волновода (полное травление 220 нм). С помощью атомно-силовой микроскопии, сканирующей электронной микроскопии критических размеров и полностью автоматической оптической пробной станции проведена полная характеристика физических размеров и потерь передачи на 5 пластинах 8-дюймовых пластин. Результаты показали, что средняя глубина травления и средняя ширина линий среди пластин остаются относительно стабильными; однако внутри отдельных пластин наблюдаются радиальные отклонения процесса, при этом микроуменьшение размеров и ухудшение формы боковой стенки в периферийных зонах могут влиять на распределение оптического поля и увеличивать потери рассеяния от боковых стенок, что в конечном итоге приводит к увеличению потерь передачи одномодового волновода от центральной части к краям. В целом, возможный макроскопический эффект нагрузки и латеральное поведение травления при сухом травлении больших пластин являются важными факторами, влияющими на однородность характеристик фотонных кремниевых чипов, данное открытие предоставляет экспериментальную основу и рекомендации для оптимизации процессов, компенсации оптических эффектов соседства и повышения выхода производства на 8-дюймовой SOI платформе.

кремниевая фотоника;одномодовый кремниевый волновод;решёточный переходник;8-дюймовый SOI;ICP-RIE сухое травление;равномерность на уровне пластины;потери передачи;краевой эффект