[發明專利]光子裝置結構及制造方法

有效

• 申請號: 201480010389.6
• 申請日: 2014-02-12
• 公開（公告）號: CN105026966B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 古爾特杰·桑胡;羅伊·米迪
• 申請（專利權）人: 美光科技公司
• 主分類號: G02B6/136
• 分類號: G02B6/136;G02B6/12
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 路勇

所揭示的方法及設備實施例提供一種與支撐襯底進行光學隔離的光子裝置。截面為大致矩形的腔(125)提供在所述光子裝置(129)的元件下方，且所述元件可由所述支撐襯底的在所述腔上方的凸緣形成。

政府權利

本發明是在DARPA授予的協議書第HR0011-11-9-0009號下由政府支持而進行。政府對本發明擁有特定權利。

技術領域

本文中描述的結構及方法實施例涉及在集成電路襯底上形成光子裝置，其中在光子裝置與襯底材料之間具有足夠的光學隔離以減小其間的漸消型耦合。

背景技術

將光子裝置與電子裝置集成在同一半導體襯底上是當前趨勢。絕緣體上硅(SOI)襯底可用作用于此類集成的支撐襯底。當形成例如光學波導的光子裝置時，在波導的芯周圍提供包層以限制沿著波導傳播的光波。芯材料的折射率大于包層的折射率。如果將硅用作波導的芯材料(其具有約3.47的折射率)，那么波導包層可由具有較低折射率的材料形成。例如，具有約1.54的折射率的二氧化硅常常用作波導包層。

當將絕緣體上硅襯底用作支撐襯底時，波導芯下方的包層材料可為SOI襯底的埋藏氧化物(BOX)絕緣體，其通常又可為二氧化硅，且波導芯可由BOX絕緣體上方的硅形成。BOX包層用來防止因從硅波導芯到SOI結構的支撐硅襯底的漸消型耦合而發生的光學信號泄漏。然而，為了防止此類漸消型耦合，波導芯下方的BOX包層材料必須相對厚，例如，大于1.0μm且常常為2.0μm到3.0μm厚。當BOX包層材料厚時，其抑制熱流動到下伏硅，因此減弱其作為散熱器的有效性，尤其是對于可形成于同一襯底上的CMOS電路來說。此外，當例如高速邏輯電路的某些電子裝置作為光子裝置而集成在同一SOI襯底上時，SOI襯底的BOX必須相對薄，通常具有在100nm到200nm的范圍內的厚度。在提供用于電子裝置的良好襯底的同時，此類薄BOX絕緣體SOI不足以防止硅波導芯到SOI襯底的下伏支撐硅的漸消型耦合，這造成不理想的光學信號損失。此外，SOI襯底相對昂貴且有時具有有限利用度。

因此，還已使用非SOI襯底以將電子裝置與光子裝置集成在同一襯底上。第7,920,770號美國專利中描述一種可用以防止光學裝置到下伏非SOI襯底的漸消型耦合的技術。在此專利中，在制造好的光學裝置下方的襯底中蝕刻深隔離溝槽。所描述的蝕刻在光學裝置下方提供以大致彎曲形狀而形成的溝槽。如所提到，用于光子裝置(例如波導芯)的下伏包層材料必須為至少1μm厚，且優選地為2.0μm到3.0μm厚。包層材料還應在橫向地經過光子裝置的每一側邊緣的那個深度處延伸達至少1μm。然而，為了滿足包層深度準則，彎曲溝槽將要求經過光子裝置的側邊緣的橫向延伸大于1μm。彎曲溝槽超出光子裝置的側邊緣的橫向延伸越大，則必須被提供用于形成光子裝置的襯底基板面越大。′770專利還揭示在襯底上方提供額外光學裝置制造材料以用于形成光學裝置。

所需要的是一種適合于形成CMOS及光子裝置兩者的提供大致矩形形狀的下部包層的非SOI襯底，以及一種形成光子裝置及下伏包層的簡化方法。還期望一種不要求在非SOI襯底上方存在額外光學裝置制造材料的襯底結構。

附圖說明

圖1以截面說明制造于襯底上方的光子裝置的一個實施例；

圖2以截面說明制造于襯底上方的光子裝置的另一實施例；

圖3A到3O以截面說明可用以形成圖1的實施例的處理序列；

圖4A及4A-1說明圖1的實施例的一部分的截面及平面圖；

圖4B及4B-1說明圖1的實施例的另一部分的截面及平面圖；

圖5A到5F以截面說明可用以形成圖2的實施例的處理序列；及，

圖6說明根據圖1的實施例的襯底的截面，所述襯底具有制造于其上的電子裝置及光子裝置兩者；及