CN104395797B - 提供光子装置的热隔离的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

所描述的实施例包含具有光子装置的光子集成电路及系统，所述光子集成电路及系统包含用于所述光子装置的热隔离区域。还描述制作此类电路及系统的方法。

Description

提供光子装置的热隔离的方法及设备
技术领域
所描述的实施例一般来说涉及电子-光子装置的领域，且更特定来说涉及电子-光子装置的热隔离。
背景技术
光学发射可用作用于在单独集成电路裸片之间(也称作裸片间连接)及在同一裸片上的组件之间(也称作裸片内连接)通信的手段。光子装置是一类能够提供、控制及/或检测信号的光学发射的装置。
术语“硅光子学”涉及对使用硅作为光学介质的光子系统的研究及应用。代替使用硅来促进电的流动或除此以外，可使用硅来引导光子或光的流动。硅对具有高于约1.1微米的波长的红外光为透明的。硅也具有约3.5的高折射率。由此高折射率提供的严格光学局限允许可具有仅几百纳米的横截面尺寸，从而促进与也采用硅的当前纳米尺度半导体技术(例如互补金属氧化物半导体(CMOS)技术)的集成的显微光学波导。因此可使用现有半导体制作技术来制成硅光子装置。此外，由于硅已被用作许多电子集成电路的衬底，因此可形成采用集成到单个裸片上的光学组件及电子组件两者的混合式装置。
响应于例如半导体装置等电子装置的更苛刻的通信带宽、能量消耗及性能标准，光子装置正越来越多地与光学/电气电路集成以形成一种类型的称作电子-光子集成电路的电子-光子装置。举例来说，在半导体工业中，光子装置具有各种应用，包含在裸片内、在计算机板的多个裸片之间及在计算机板之间的通信。
在经由光学互连件的裸片间通信中，电路板上的每一裸片可与光子-电子发射器-接收器电路介接，其中两个裸片经由光学波导可操作地连接。同样地，在裸片内通信中，可使用光学波导来连接裸片内的组件(例如集成式光学源与光子检测器之间)。
图1图解说明常规光子多路复用系统100的一个实例的框图。系统100包含多个载波输入装置110a、110b、110c、110d(一般称为输入装置110)，所述载波输入装置中的每一者可为(举例来说)经配置以产生处于相应发射波长的光学载波的光学源。举例来说，每一输入装置110可包含例如激光器(例如，混合式硅激光器或砷化镓激光器)或此项技术中已知的其它适当光源等相干光源。
来自每一输入装置110a到110d的光学载波沿着相应光学波导115a到115d发射到相应谐振载波调制器120a到120d。载波调制器120a到120d经配置以从相应输入装置110a到110d接收具有不同波长的相应光学载波，并在其所接收的光学载波上调制数据。举例来说，载波调制器120a到120d可为经配置以接收光学数据信号并输出经调制光学数据信号的光学调制器或经配置以从导电互连件接收电数据信号并输出经调制光学数据信号的电光调制器。接着使用光学多路复用器130组合来自载波调制器120a到120d中的每一者的经调制光并将其发射到单个发射通道(例如，光学波导140)上。所述经多路复用光沿着光学波导140发射到可包含例如用于检测光学发射的一或多个光子检测器的端点(未展示)，其中所述光在由端点装置使用之前被多路分用及解调。
穿过光学波导115、140对光学载波的波导引经由在较高折射率内芯与较低折射率外包层之间的界面处对光学载波的电磁波的内反射而发生。举例来说，光学波导115的内芯可由硅(Si)或含硅材料形成，且可具有大约3.5的折射率。光学波导115的包层可由具有较低折射率的材料(举例来说，具有大约1.5的折射率的SiO2材料)形成。
光子系统内的数个组件且特别来说在谐振频率下操作的组件可受温度变化影响。温度变化可导致装置尺寸的改变(归因于热膨胀)及材料折射率的改变。作为一个实例，提供一或多个载波波长的光学激光器可通过改变其温度来加以调谐。作为另一实例，温度改变可影响谐振载波调制器120的操作。特定调制器120的谐振频率部分地受其谐振结构的折射率控制，所述折射率可根据温度而改变，从而导致调制器120的谐振频率的偏差。因此，某些光子装置需要稳定热环境来最优地运行。
一种用于为光子装置提供稳定热环境的技术包含例如经由电加热装置对一或多个光子装置的主动温度控制。图2A展示包含形成于硅裸片230的一部分中的输入装置110(例如，激光器)、光学波导115及谐振载波调制器120的光子装置的俯视图。加热装置212提供对载波调制器120的主动温度控制。加热装置212可为(举例来说)经配置以接收能量(例如，电能)并向周围光子装置输出热量的电阻或电感元件(例如多晶硅、硅或铜元件)。如图2A中所展示，加热装置212可通过部分环绕调制器120而根据调制器120来定制，或者可具有任何其它形状且位于接近其它温度敏感光子装置以及载波调制器120处。在其它实施例中，加热装置212可与载波调制器120集成。
图2B展示形成于绝缘体上硅(SOI)集成电路裸片230的一部分中的光子装置的横截面图。裸片230包含输入装置110(例如，激光器)、光学波导115及谐振载波调制器120。裸片230包含可为(举例来说)导热硅的块体区域的衬底232。所述SOI结构还包含充当光学波导115的底部包层的由绝缘材料(例如SiO2)组成的绝缘体区域233(也称作隐埋氧化物或“BOX”区域)。裸片230还可包含形成于装置形成层235上面的具有由(举例来说)SiO2组成的下部层的层间电介质(ILD)区域236。ILD区域236的下部层为光学波导115提供上部包层区域，且ILD区域236的上部层级用于在裸片230的各个位置中(例如在装置形成区域235上面)形成电连接。通常，包含输入装置110(例如，激光器)、光学波导115及谐振载波调制器120的光子装置以及加热器212形成于衬底232上面的装置形成区域235中。装置形成区域235可包含用于形成例如光学波导115的内芯及调制器120的光子装置的硅区域及在光学波导115的侧上的用以充当围绕硅波导芯的包层并充当形成于装置形成区域235中的装置的绝缘及机械支撑性材料的包层材料(例如SiO2)的区域。例如其它光学波导、激光器、滤光器或光子检测器等其它光子装置也可形成于装置形成区域235中，且可经受使用加热装置212进行的主动温度控制。
参考图2B，虽然加热装置212提供对装置形成区域235中的例如调制器120等一或多个光子装置的主动温度控制，但其发射沿所有方向(包含向由导热硅形成的衬底232中及向ILD区域236中)耗散的热量q。此导致废热通量及效率较低的加热装置212。另外，裸片230中的光子装置通常热耦合到衬底232，且裸片230中的任何全局温度变化可对所述光子装置产生影响。
因此，期望将光子系统中的加热装置与光子装置热隔离，以便改进效率并提供所述光子装置的更稳定操作。
附图说明
图1图解说明常规光子系统的框图。
图2A及2B分别图解说明裸片中的光子装置的俯视图及横截面图。
图3A到3E分别图解说明根据本文中所描述的实施例包含热隔离区域的裸片的俯视图及横截面图。
图4A到4G图解说明根据本文中所描述的实施例用于形成包含热隔离区域的裸片的工艺。
图5图解说明根据本文中所描述的实施例包含热隔离区域的裸片的横截面图。
图6A到6E分别图解说明根据本文中所描述的实施例包含热隔离区域的裸片的俯视图、横截面图及三维图。
图7A到7E图解说明根据本文中所描述的实施例用于形成包含热隔离区域的裸片的工艺。
图8图解说明根据本文中所描述的实施例的处理器系统。
具体实施方式
在以下详细说明中，参考各种实施例。充分详细地描述这些实施例以使得所属领域的技术人员能够实践所述实施例。应理解，也可采用其它实施例，且可做出各种结构、逻辑及电改变。另外，在描述各种工艺时，应理解，所述工艺的步骤可以除具体描述其的次序之外的次序发生，除非另外注明。
本文中所描述的实施例包含具有用于控制光子系统中的热量耗散的热隔离区域的光子装置及集成电路。举例来说，热隔离区域可形成于接近一或多个温度敏感光子结构处。
图3A及3B图解说明一个实施例。图3A及3B分别展示形成于裸片330的一部分中的光子装置的俯视图及横截面图。如图3A中所展示，裸片330可包含光子系统的一或多个温度敏感光子装置，包含(举例来说)例如环形谐振器或盘形谐振器的谐振载波调制器320或另一类型的谐振调制器。载波调制器320可为经配置以从例如导电信号线的经电连接互连件接收电数据信号并根据所接收数据来调制邻近光学波导315中的载波的电光调制器。或者，载波调制器320可为经配置以例如从另一光学波导接收光学数据信号的光学调制器。
裸片330还包含提供对例如载波调制器320等光子装置中的一或多者的主动温度控制的一或多个加热装置312。加热装置312可为经配置以从例如通孔的经电连接互连件接收电能并输出热量的电阻元件(例如多晶硅、硅或铜元件)。尽管载波调制器320及加热装置312在图3A中展示为单独元件，但应理解，加热装置312也可与载波调制器320集成。
裸片330还包含为温度敏感光子装置的另一实例的载波输入装置310，例如经配置以输出光学载波的激光器。裸片330还包含经配置以载运由载波调制器320调制的光学载波的光学波导315。应理解，所描述的温度敏感光子装置、结构及布置仅为示范性的，且可结合包含(例如)温度敏感光子检测器、光学波导、滤光器或其它结构的任何已知温度敏感光子结构来应用下文的实施例。
如图3B中所展示，例如输入装置310、光学波导315及波导调制器320等光子装置以及加热装置312可形成于集成电路中。裸片330包含可为(举例来说)导热硅的块体区域的衬底332。尽管图3B中未展示，但衬底332可任选地包含由例如SiO2等电绝缘材料组成从而提供绝缘体上硅(SOI)衬底的绝缘体或“BOX”区域233(图2B)。包含输入装置310、光学波导315及波导调制器320的光子装置形成于衬底332的一部分上面的装置形成区域335中。装置形成区域335可包含用于装置形成的硅区及用以充当光学波导315的围绕硅内芯的包层并光学及/或电绝缘所述光子装置中的一或多者的包层材料(例如SiO2)。裸片330还包含以(举例来说)SiO2作为最下层(即，最靠近装置形成区域335的层)的一或多个层间电介质(ILD)区域336。
如图3A及3B中所展示，热隔离区域340接近或邻近于加热装置312而形成。可通过在裸片330中形成低导热率材料的区来提供热隔离区域340。举例来说，如图3B中所展示，热隔离区域340可包含形成于衬底332的在加热装置312下面的区中的低导热率材料。热隔离区域340防止热量从加热装置312耗散到导热衬底332中。热隔离区域340可延伸超出衬底332的在加热装置312下方的区域进入到裸片330中的一或多个温度敏感光子装置下方(例如，载波调制器320下方)的区中，以便热隔离所述温度敏感光子装置与衬底332中的热改变。另外，一或多个额外热隔离区域341可形成于衬底332的在裸片330中的温度敏感光子装置下方的区中，以便热隔离所述温度敏感光子装置与衬底332中的热改变。举例来说，第二热隔离区域341可形成于衬底332的在输入装置310下方的区中。
热隔离区域340、341可由(举例来说)低导热率材料(例如相对于衬底332的硅具有低介电常数的材料)组成。举例来说，用于形成裸片330的衬底332的硅的介电常数k通常为大约11.7，且用于形成SOI衬底的绝缘体区域333(图4B)、装置区域335中的包层及/或ILD区域336的SiO2的介电常数k为大约3.9。下文所论述的技术可提供具有在大约1.0到3.8的范围内的介电常数k的低导热率材料340。低导热率材料340还可包含低于裸片330中所使用的硅的导热率。举例来说，低导热率材料340可具有小于大约0.006W/cm℃的导热率。
一种用于形成热隔离区域340、341的低导热率材料的技术是通过用低于正被掺杂的材料的介电常数的材料来掺杂硅或SiO2的区。具有低于硅及SiO2的介电常数的材料的实例包含氟及碳。用这些或其它较低介电常数材料来掺杂硅或SiO2降低所掺杂材料的介电常数，借此降低所掺杂材料的导热率。
另一种用于形成低导热率材料的技术是形成多孔SiO2的区。例如等离子增强化学气相沉积(PECVD)的用于沉积SiO2的某些技术形成具有填充有周围空气或其它气态材料的空隙或孔隙的SiO2(称作多孔SiO2)。多孔SiO2中的空隙可具有接近1.0的介电常数，从而导致具有低于非多孔SiO2的介电常数的多孔SiO2。此外，多孔SiO2可掺杂有例如氟或碳等低介电常数掺杂剂，以进一步降低导热率。
另一种用于形成低导热率材料的技术是使用旋涂沉积技术来沉积SiO2(称作“旋涂SiO2”)。旋涂沉积技术通常在硅制造工艺中用于沉积例如光致抗蚀剂等材料，而例如化学气相沉积等技术通常用于沉积SiO2。旋涂低介电常数聚合物的一些实例包含聚酰亚胺、聚降冰片烯、苯开环丁烯酮及/或聚四氟乙烯(PTFE)。SiO2的旋涂沉积导致具有较低介电常数及较低导热率的SiO2。此外，使用旋涂沉积技术沉积的SiO2可掺杂有例如氟或碳等低介电常数掺杂剂，以进一步降低导热率。
图3C展示形成于包含热隔离区域342的裸片330中的光子装置的另一实施例。热隔离区域342包含形成于衬底332的在加热装置312、输入装置310、光学波导315及载波调制器320下方延伸的区中的低导热率材料。热隔离区域342提供衬底332与加热装置312的热隔离以及输入装置310、光学波导315及谐振载波调制器320与衬底332中的温度变化的热隔离。也可使用沉积低导热率材料的技术中已知的其它方法。
上文所描述的用于形成低导热率材料的技术中的一者以上可组合地使用以在裸片330中提供热隔离。举例来说，图3D图解说明裸片330的横截面图，其中第一热隔离区域344形成于加热装置312下方且在光子结构310、315、320中的一或多者下方延伸。第二热隔离区域346形成于第一热隔离区域344内，局部化在加热装置312下方。第二热隔离区域346可具有低于第一热隔离区域344的材料的导热率。举例来说，第一热隔离区域344可由多孔SiO2材料或使用旋涂沉积技术沉积的SiO2材料组成，且第二热隔离区域346中的多孔或旋涂材料使用(例如)氟或碳掺杂以提供较低导热率。
图3E展示形成于包含热隔离区域的裸片330中的光子装置的另一实施例。裸片330包含与加热装置312集成的谐振载波调制器320。在图3E中，装置形成区域365包含低导热率材料。举例来说，在于衬底332上面形成硅光子装置之后，可通过在装置形成区域365中沉积旋涂SiO2或多孔SiO2而在装置形成区域365中提供用于光学波导315的外包层及用于裸片300中的其它光子装置的绝缘材料。或者，可用氟或碳掺杂用于形成装置形成区域365的SiO2材料的区域的部分或全部。用低导热率材料形成装置形成区域365减少热量从加热装置312的不合意耗散，并热隔离裸片330中的温度敏感光子装置与衬底332及/或层间电介质336中的温度变化。
此外，裸片330包含提供绝缘体上硅衬底的绝缘区域363，其中绝缘区域363是用低导热率材料形成。举例来说，绝缘区域363可由旋涂SiO2或多孔SiO2形成，或由掺杂有氟或碳的SiO2形成。用低导热率材料形成绝缘区域363进一步减少热量从加热装置312的不合意耗散，并热隔离裸片330中的温度敏感光子装置与衬底332中的温度变化。
图4A到4E图解说明用于包含热隔离区域的裸片330的实施例的制造工艺的实例。在图4A中，提供硅衬底332。在图4B中，可例如通过使用化学气相沉积或其它已知工艺在衬底332上方热生长或沉积SiO2来在硅衬底332上方形成任选绝缘物333，以提供绝缘体上硅裸片。在另一实施例中，图4B中的绝缘物333的一部分或全部由低导热率材料形成。举例来说，绝缘物333的一部分或全部可使用等离子增强化学气相沉积(PECVD)以形成多孔SiO2，或通过使用旋涂沉积技术来沉积SiO2而形成。在其它实施例中，可省略绝缘物333。
在图4C中，可(举例来说)通过在衬底332中蚀刻或如果存在则向SOI衬底的绝缘物333中蚀刻来形成沟槽351。可使用(举例来说)干式蚀刻工艺或其它已知蚀刻技术来形成沟槽351。在图4D中，在衬底332上方及向沟槽351中沉积低导热率材料层355。在一个实施例中，所述导热率材料是使用例如化学气相沉积等标准技术沉积的掺杂有例如氟或碳等较低介电常数掺杂剂的SiO2。在另一实施例中，所述低导热率材料是使用PECVD技术沉积的多孔SiO2。在另一实施例中，所述低导热率材料是使用旋涂技术沉积的SiO2。在图4E中，使用例如化学或机械抛光等已知技术从衬底332移除来自层355的过量低导热率材料，从而留下热隔离区域340。
在图4F中，在衬底332上面形成例如输入装置310、光学波导315、载波调制器320或其它光子装置等光子装置。在热隔离区域340上面形成加热装置312。
在图4G中，通过沉积围绕所形成光子装置310、315、320的例如SiO2等绝缘及包层材料来完成装置形成层335。在另一实施例中，使用例如经掺杂SiO2、多孔SiO2或旋涂SiO2等低导热率材料作为绝缘及包层材料来完成所述装置形成区域。接着可在装置形成区域335上方形成例如ILD区域336(图3B)等其它区域。
图5展示包含温度敏感区域的裸片的另一实施例。在图5中，浅沟槽隔离(STI)区域350形成于衬底332的在加热装置312下面的区中。在现有CMOS制造工艺中，由SiO2组成的STI区域用于电隔离裸片330内的装置。在图5中所展示的实施例中，由例如经掺杂SiO2、多孔SiO2、旋涂SiO2或其它低导热率材料等低导热率材料组成的STI区域350形成于衬底332的在加热装置312下面的区中。STI区域350热隔离衬底332与加热装置312，且减少热量从加热装置312到衬底332中的不合意耗散。除加热装置312下方的STI区域350以外或代替此情形，裸片330可包含形成于衬底332的在一或多个光子装置下面的区中(例如在输入装置310下面的区中)的STI区域352，以便热隔离所述光子装置与衬底332中的热变化。STI区域350、352可部分地或实质上完全地由低导热率材料形成。
图6A到6E图解说明包含温度敏感光子装置及热隔离区域的裸片430的额外实施例。图6A到6E中所展示的示范性光子结构包含输入装置410、光学波导415及/或谐振载波调制器420，但应理解，可包含任何其它光子结构，例如光子检测器或滤光器。裸片430还包含可为单独加热元件或与载波调制器420集成的一或多个加热装置412。裸片430包含可由上文结合图3A到3E所论述的类似材料形成的衬底432、装置形成区域435及ILD区域436。尽管为清晰起见而未展示，但衬底432可任选地包含提供SOI衬底的绝缘区域233(图2B)。
在图6A及6B中，通过形成物理间隙440以在加热装置412与邻近材料之间形成热断点来提供热隔离区域。在硅光子系统中所使用的温度及尺寸下，传导是最有效的热通量机制。热断点涉及移除传导材料的一部分，留下间隙或空隙，从而防止跨越间隙的热传导。在另一实施例中，间隙440形成于SOI衬底的下伏于加热装置412下的绝缘区域233(图2A)的一部分中。间隙440可局部化于衬底432的在加热装置412下方的区中，或者可延伸到衬底432的在例如载波调制器420等一或多个光子装置下方的区中，以便热隔离所述光子装置使之不受衬底432中的热变化影响。
由于热断点明显减少热量q沿其相应方向的耗散，因此相对小的间隙足以用于对衬底432的热隔离。间隙440可为(举例来说)衬底432中大约几纳米的气隙，只要所述间隙足以防止热传导即可。
在图6C中所展示的另一实施例中，间隙452设在浅沟槽隔离(STI)区域450内。STI区域450可由例如SiO2或其它氧化物等电绝缘材料组成。具有间隙452的STI区域450减少热量q从加热装置412经由STI区域450到衬底432中的耗散。或者，STI区域450可如上文结合图5所论述由低导热率材料组成，以使得间隙452与STI区域450组合地提供衬底432与加热装置412的热隔离。
在图6D中所展示的另一实施例中，裸片430包含在多个侧上围绕加热装置412(包含在衬底432、装置形成区域435及ILD区域436的部分中围绕加热装置412)的间隙540。间隙540提供热隔离以减少由加热装置412向衬底432中以及向ILD区域436及装置形成区域435的并非既定接收来自加热装置412的主动温度控制的其它邻近部分中的耗散的热量，从而允许较有效的主动温度控制及减少的全局温度通量。间隙540还改进上覆电路(即，形成于ILD区域436中或上面)及相邻电路(即，在裸片430的邻近部分中)与加热装置412的热隔离，从而降低加热装置412对上覆及相邻电路的热效应。由于热量q沿加热装置412既定主动调节的温度敏感光子结构的方向的耗散仍为合意的，因此间隙540应在加热装置412正向其提供主动温度控制的热敏感光子结构(例如载波调制器420)的方向上提供加热装置412与装置形成区域435之间的很小分离或不提供分离。
如图6D中也展示，可通过在衬底432的于温度敏感光子装置中的一或多者下方(例如于载波调制器420下方)的区中形成单独的间隙542来提供第二热隔离区域。第二热隔离区域542热隔离载波调制器420与衬底432中的热变化。
在上文结合图6A到6D所描述的实施例中，可蚀刻相应间隙使得保留充足材料以提供对例如加热装置412等上覆装置的机械支撑。如上文所论述，大约几纳米的间隙可足以提供对周围材料的热隔离。此外，如图6E中所展示，用于向加热装置412提供电能的互连件551、552延伸到围绕间隙540的装置形成区域432及/或ILD区域436的材料中。互连件551、552提供对加热装置412的机械支撑，尽管间隙540围绕加热装置412的实质上所有侧。类似地，经配置以向载波调制器420提供电数据信号的信号线421、422延伸到装置形成区域432及/或ILD区域436的材料中，从而提供对载波调制器420的机械支撑，尽管衬底432中有下伏间隙542。由于加热装置412、载波调制器420及其它光子装置是以显微尺度制造的，因此所述装置具有相对小的质量，且因此加热装置412的互连件551、552及载波调制器420的信号线421、422可提供对相应装置的机械支撑。其它光子装置通常将包含延伸到装置形成区域432及/或ILD区域436的周围材料中从而提供对光子装置的机械支撑的类似物理连接。
图7A到7E图解说明用于形成包含间隙440的热隔离区域的工艺。在图7A到7E中所展示的实施例中，通过在完成包含例如输入装置410、光学波导415及载波调制器420以及加热装置412的装置形成区域435的形成之后在衬底432中执行蚀刻工艺来在衬底432中形成间隙440。然而，应理解，可代替地在于装置形成区域435中形成光子装置410、415、420及加热装置412之前在衬底432中或在绝缘体区域233(图2A)中形成间隙440，例如通过在提供衬底432之后执行真空或蚀刻工艺。
在图7A中，在裸片430的装置形成区域435中形成例如输入装置410、光学波导415、载波调制器420或其它光子装置等光子装置以及用于提供主动温度控制的加热装置412。沉积例如SiO2等材料以完成装置形成区域435。
在图7B中，在装置形成区域435的顶表面处在接近加热装置412但不直接在加热装置412上方的位置中开始形成开口448。开口448横越装置形成区域435，且使用(举例来说)反应性离子蚀刻或其它技术形成。
在图7C中，例如通过使用其中蚀刻流体穿过开口448的脉冲蚀刻工艺或经由干式蚀刻工艺来穿过开口448形成间隙440。
在所述蚀刻工艺完成之后，可用电介质材料填充开口448，如图7D中所展示。举例来说，可经由化学气相沉积工艺用SiO2来填充开口448。或者，可在进一步处理期间使开口448保持敞开。
在图7E中，在装置形成区域435及开口448上方形成ILD区域436。应理解，结合图7A到7E所描述的工艺也可在于装置形成区域435上方形成ILD区域436之后执行。
还应理解，虽然图7A到7E展示在衬底432的于加热装置412下方的区域中形成间隙440，但结合图7A到7E所描述的技术可用于在裸片430中的任何所要位置中(例如在光子装置中的一或多者下方、在装置形成区域435或ILD区域436中、在STI区域中或在结合图6A到6E所描述的各种位置中)形成间隙440。
包含上文所描述的热隔离区域的裸片可实施为集成电路的部分。对应集成电路可用于典型的处理器系统中。举例来说，图8图解说明包含采用结合图3到7所描述的热隔离结构及技术中的一或多者的处理器及/或存储器装置的典型处理器系统700。
可为(举例来说)计算机系统的处理器系统700包含经由总线750与一或多个输入/输出装置780通信的中央处理单元(CPU)760，例如微处理器、数字信号处理器或其它可编程数字逻辑装置。存储器装置770也经由总线750(例如)经由存储器控制器与CPU 760通信。存储器装置770可包含(举例来说)RAM、硬驱动器、快闪驱动器或可装卸存储器。在计算机系统的情况中，处理器系统700可包含经由总线750与CPU 760通信的其它外围装置，其例如可装卸媒体装置。在一些实施例中，存储器装置770可与CPU 760组合为单个集成电路。实施本文中所描述的热隔离结构及技术的集成电路可用于提供对CPU760、存储器装置770、输入/输出装置780中的一或多者中或连同处理器系统700的许多其它方面的光子装置、电子装置及材料的有效且可靠热隔离。
以上说明及图式仅应视为对实现本文中所描述的特征及优点的特定实施例的说明。可做出对特定工艺、组件及结构的修改及替代。举例来说，应理解，可使用除结合上述实施例具体描述的那些之外的适当类型的半导体材料及存储器元件。因此，本发明的实施例不应视为由前述说明及图式限制，而是仅由所附权利要求书的范围限制。

Claims (42)

1.一种光子系统，其包括：
温度敏感光子装置，其形成于衬底的上表面的上方；
第一沟槽，其形成于所述衬底的上表面中；
波导，其形成于所述衬底的上表面的上方且通过所述衬底的一部分与所述沟槽分离；
加热装置，其形成于所述第一沟槽的上方，其中所述加热装置经配置以提供对所述温度敏感光子装置的温度控制；以及
热隔离区域，其形成于所述第一沟槽中以使得所述热隔离区域形成于所述衬底的所述上表面中且隔离所述加热装置和所述衬底以减少热量沿所述隔离区域的方向从所述加热装置到所述衬底中的耗散。
2.根据权利要求1所述的光子系统，其中所述热隔离区域包括导热性小于所述衬底的形成有所述热隔离区域的区域中的材料的低导热率材料。
3.根据权利要求2所述的光子系统，其中所述低导热率材料具有低于所述衬底的形成有所述热隔离区域的所述区域中的所述材料的介电常数的介电常数。
4.根据权利要求2所述的光子系统，其中所述低导热率材料具有小于0.006W/cm℃的导热率。
5.根据权利要求2所述的光子系统，其中所述低导热率材料包括已掺杂有掺杂剂的二氧化硅，所述掺杂剂具有低于所述二氧化硅的介电常数。
6.根据权利要求5所述的光子系统，其中所述掺杂剂包括氟。
7.根据权利要求5所述的光子系统，其中所述掺杂剂包括碳。
8.根据权利要求2所述的光子系统，其中所述低导热率材料包括多孔二氧化硅。
9.根据权利要求2所述的光子系统，其中所述低导热率材料包括旋涂沉积二氧化硅。
10.根据权利要求2所述的光子系统，其进一步包括形成于所述低导热率材料内的第二热隔离区域。
11.根据权利要求2所述的光子系统，其中所述热隔离区域包括浅沟槽隔离区域。
12.根据权利要求2所述的光子系统，其中所述热隔离区域包括形成于所述加热装置周围的氧化物。
13.根据权利要求1所述的光子系统，其中所述热隔离区域包括在所述加热装置与邻近于所述加热装置的部分的材料之间的物理间隙。
14.根据权利要求13所述的光子系统，其中所述间隙是在所述加热装置与所述加热装置下方的材料之间。
15.根据权利要求13所述的光子系统，其中所述间隙是在所述加热装置与所述加热装置的多个侧上的材料之间。
16.根据权利要求1所述的光子系统，其中所述温度敏感光子装置包括载波调制器。
17.根据权利要求1所述的光子系统，其中所述温度敏感光子装置包括激光器。
18.一种集成电路，其包括：
衬底，其具有上表面；
第一沟槽，其形成于所述衬底的上表面中；
装置形成区域，其位于所述衬底的上表面的上方；
第一温度敏感光子装置，其形成于所述装置形成区域中；
波导，其形成于所述装置形成区域中且通过所述衬底的一部分与所述沟槽分离；
加热装置，其形成于所述装置形成区域中以用于加热所述第一温度敏感光子装置，其中所述加热装置位于所述第一沟槽的上方；以及
第一热隔离区域，其形成于所述衬底的在所述加热装置下方的区中，其中所述第一热隔离区域位于所述第一沟槽中以将所述第一热隔离区域提供于所述衬底的上表面中且隔离所述加热装置和所述衬底以减少热量从所述加热装置到所述衬底中的耗散。
19.根据权利要求18所述的集成电路，其中所述第一沟槽和所述第一热隔离区域形成于所述加热装置及所述第一温度敏感光子装置的至少一部分的下方，且其中所述第一热隔离区域不形成于所述波导的下方。
20.根据权利要求18所述的集成电路，其中所述第一热隔离区域包括在所述第一沟槽中的低导热率材料。
21.根据权利要求20所述的集成电路，其中所述低导热率材料包括掺杂有材料的氧化物，所述材料具有低于所述氧化物的导热率。
22.根据权利要求20所述的集成电路，其中所述低导热率材料包括多孔二氧化硅。
23.根据权利要求20所述的集成电路，其中所述低导热率材料包括旋涂二氧化硅。
24.根据权利要求18所述的集成电路，其中所述热隔离区域包括在所述加热装置与所述衬底之间的物理间隙。
25.根据权利要求24所述的集成电路，其中所述加热装置由延伸到所述装置形成区域中的至少一个互连件机械支撑。
26.一种形成集成电路的方法，所述方法包括：
提供衬底，所述衬底具有上表面；
在所述衬底的上表面中形成第一沟槽；
在所述衬底上面形成温度敏感光子装置；
在所述衬底上面形成波导，所述波导通过所述衬底的一部分与所述沟槽分离；
在所述衬底上面及在所述第一沟槽上面形成加热装置，其中所述加热装置经配置以朝向所述光子装置耗散热量；以及
在所述第一沟槽中且在所述加热装置的下方形成热隔离区域以使得所述热隔离区域形成于所述衬底的所述上表面中且隔离所述加热装置和所述衬底以减少热量沿所述隔离区域的方向从所述加热装置到所述衬底中的耗散。
27.根据权利要求26所述的方法，其中形成所述热隔离区域包括形成导热性小于所述衬底的形成有所述热隔离区域的区域中的材料的低导热率材料的区域。
28.根据权利要求27所述的方法，其中形成低导热率材料的所述区域包括：
在所述衬底中蚀刻所述沟槽；以及
在所述沟槽中沉积所述低导热率材料。
29.根据权利要求28所述的方法，其中在所述沟槽中沉积所述低导热率材料包括用材料来掺杂二氧化硅，所述材料具有低于所述二氧化硅的介电常数。
30.根据权利要求28所述的方法，其中在所述沟槽中沉积所述低导热率材料包括沉积多孔二氧化硅。
31.根据权利要求28所述的方法，其中在所述沟槽中沉积所述低导热率材料包括使用旋涂沉积来沉积二氧化硅。
32.根据权利要求27所述的方法，其中形成低导热率材料的区域包括在所述衬底与所述加热装置之间形成绝缘层。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述绝缘层包括掺杂有材料的氧化物，所述材料具有低于所述氧化物的导热率。
34.根据权利要求32所述的方法，其中所述绝缘层包括多孔二氧化硅。
35.根据权利要求32所述的方法，其中所述绝缘层包括旋涂二氧化硅。
36.根据权利要求26所述的方法，其中形成所述热隔离区域包括在所述加热装置与邻近于所述加热装置的部分的材料之间形成物理间隙。
37.根据权利要求36所述的方法，其中在所述衬底中形成所述间隙。
38.根据权利要求36所述的方法，其中形成所述间隙包括执行硅蚀刻以移除邻近于所述加热装置的材料的部分。
39.根据权利要求36所述的方法，其中形成所述间隙包括执行真空过程以移除邻近于所述加热装置的材料的部分。
40.根据权利要求26所述的方法，其中在形成所述加热装置之前形成所述热隔离区域。
41.根据权利要求26所述的方法，其中在形成所述加热装置之后形成所述热隔离区域。
42.根据权利要求41所述的方法，其进一步包括：
在接近所述加热装置处形成开口，其中所述开口穿入所述衬底中；以及
在所述加热装置下方形成所述热隔离区域。
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