Les plateformes photoniques multicouches permettent la réalisation de circuits intégrés photoniques à grande échelle, offrant un routage compact et sophistiqué ainsi qu’une forte densité d’intégration des composants. Cependant, leur fabrication nécessite le dépôt de couches de revêtement de haute qualité ainsi que l’obtention de surfaces intermédiaires planes. La planarisation par contact utilisant l’hydrogénosilsesquioxane (HSQ) constitue une solution à faible coût. Néanmoins, les démonstrations antérieures se sont limitées à des profondeurs de gravure inférieures à 150 nm et à des dimensions minimales de motifs de 100 nm, ce qui reste largement insuffisant au regard des exigences des procédés standards de photonique sur silicium.
Ce travail présente un procédé de dépôt bicouche de HSQ permettant d’obtenir une planarisation efficace sur une gamme de dimensions considérablement élargie. Ce procédé couvre des largeurs de tranchées allant de 75 nm à 1 µm ainsi que des espacements entre structures compris entre 50 nm et 3 µm, pour des profondeurs de gravure du silicium de 220 nm et 300 nm.
Des variations résiduelles d’épaisseur d’environ 1 nm sont obtenues pour les structures étroites présentant des espacements compris entre 50 nm et 500 nm, tandis qu’elles atteignent environ 7 nm pour les grandes tranchées de 3 µm.
Les transitions optiques inter-couches entre des guides d’onde monomodes en silicium et en nitrure de silicium présentent des pertes d’insertion pouvant descendre jusqu’à 0,3 dB par interface, confirmant ainsi la qualité optique des couches planarisées.
Ces résultats démontrent que la planarisation par contact à l’aide d’une bicouche de HSQ constitue une approche pratique et performante pour la réalisation de plateformes photoniques multicouches silicium–nitrure de silicium.
Références :
Optimization of hydrogen silsesquioxane planarization for multilayer photonic platforms
Micro and Nano Engineering, September 2026, Article: 100379, Volume 32
https://doi.org/10.1016/j.mne.2026.100379
Sarra Salhi, Jian Cao, Jean-Rene Coudevylle, François Maillard, Etienne Herth, Ali Madouri, Abdelmonaim Harouri, David Bouville, Xavier Lafosse, Teo Baptiste, Alan Durnez, Christophe Dupuis, Frédéric Mahut, Samson Edmond, Carlos Alonso Ramos, Laurent Vivien, Eric Cassan,
Daniele Melati
Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, Universite Paris-Saclay, CNRS, Palaiseau, 91120, France
Figure : Résultats de planarisation pour la plateforme SOI de 220 nm. Images MEB après le procédé de planarisation : (a) la tranchée la plus large (1 µm de largeur), (b) les tranchées les plus étroites, avec (c) un agrandissement de la tranchée de 75 nm de largeur.
Contacts : Daniel Melati, Sarra Salhi
