CN110024215B - 波导过渡结构和制造方法 - Google Patents

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Abstract

本公开的一些实施例描述了一种锥形波导和一种制造锥形波导的方法，其中，锥形波导包括第一和第二波导，其中，第一和第二波导在波导重叠区域中重叠。第一和第二波导在与电磁辐射通过所述锥形波导传播的预期方向垂直的至少一个维度上具有不同尺寸。跨越波导重叠区域，波导之一逐渐过渡或逐渐变窄到另一个。

Description

波导过渡结构和制造方法
相关申请
本申请要求2016年12月29日提交的题为“WAVEGUIDE TRANSITION STRUCTURE ANDFABRICATION METHOD”的美国申请15/393,696的优先权。
技术领域
本公开的实施例总体上涉及互连结构领域，并且更具体而言，涉及用于硅光子光路中的电磁辐射的波导结构。
背景技术
半导体和其它器件现在可以包括光子器件以产生、引导、划分、组合、聚焦或检测电磁辐射；检测电磁辐射可能涉及将电磁辐射转换成电荷或电流。
一些硅和半导体器件可以包括超过一个这样的光子器件。光子器件可以是不同的物理尺寸，常常由光学或其它功能性质确定。在一些硅和半导体器件中，波导可以将第一尺寸的第一光子器件光学耦合到第二尺寸的第二光子器件。尽管波导将不同尺寸的光子器件光学耦合，但可以选择在光子器件之间具有连续尺寸的波导。连续尺寸可以是相对于光子器件之一或两者的折衷。这种折衷可能导致损耗，例如插入、过渡和背反射损耗。相对于具有连续尺寸的波导，在光子器件之间具有3维(“3D”)锥形的波导可以充当更有效率的波导。然而，制造具有3D锥形的波导涉及要求很高的制造工艺，例如灰度级光刻和选择性外延生长。
半导体和硅器件常常迫切需要减小尺寸、减少制造步骤、降低制造成本并改善制造可靠性(也称为制造工艺的“成品率”)。优化该组要求是复杂且成本高昂的。
附图说明
通过以下具体实施方式，结合附图，将容易理解实施例。为了方便这种描述，类似的附图标记指示类似的结构元件。在附图的图中通过举例而非限制的方式示出了实施例。如提交的那样，某些附图将部件放在相同位置中，并且在连续页面上具有相同视图；于是，可以查看一起以图解方式示出制造步骤的结果的连续页面。
图1示出了根据一些实施例的包括外延膜和二氧化硅层的硅板的示例的透视等距视图。
图2A示出了根据一些实施例的图1的硅板的透视等距视图，还包括氧化掩模。
图2B示出了根据一些实施例的图2A的硅板和氧化掩模的第一截面的立视图。
图2C示出了根据一些实施例的图2A的硅板和氧化掩模的第二截面的立视图。
图2D示出了根据一些实施例的图2A的硅板和氧化掩模的第三截面的立视图。
图3A示出了根据一些实施例的在氧化之后的硅板和氧化掩模的透视等距视图并且以部分透明示出氧化层的图2A。
图3B示出了根据一些实施例的图3A的硅板、氧化掩模和氧化层的第一截面的立视图。
图3C示出了根据一些实施例的图3A的硅板、氧化掩模和氧化层的第二截面的立视图。
图3D示出了根据一些实施例的图3A的硅板、氧化掩模和氧化层的第三截面的立视图。
图4A示出了根据一些实施例的在去除氧化掩模和氧化层之后的图3A的硅板的透视等距视图。
图4B示出了根据一些实施例的图4A的硅板的第一截面的立视图。
图4C示出了根据一些实施例的图4A的硅板的第二截面的立视图。
图4D示出了根据一些实施例的图4A的硅板的第三截面的立视图。
图5A示出了根据一些实施例的在施加第二掩模之后的图4A的硅板的透视等距视图。
图5B示出了根据一些实施例的图5A的硅板和第二掩模的第一截面的立视图。
图5C示出了根据一些实施例的图5A的硅板和第二掩模的第二截面的立视图。
图5D示出了根据一些实施例的图5A的硅板和第二掩模的第三截面的立视图。
图6A示出了根据一些实施例的在蚀刻工艺之后的图5A的硅板和第二掩模的透视等距视图。
图6B示出了根据一些实施例的图6A的硅板和第二掩模的第一截面的立视图。
图6C示出了根据一些实施例的图6A的硅板和第二掩模的第二截面的立视图。
图6D示出了根据一些实施例的图6A的硅板和第二掩模的第三截面的立视图。
图7A示出了根据一些实施例的在去除第二掩模之后的图6A的硅板的透视等距视图。
图7B示出了根据一些实施例的图7A的硅板的第一截面的立视图。
图7C示出了根据一些实施例的图7A的硅板的第二截面的立视图。
图7D示出了根据一些实施例的图7A的硅板的第三截面的立视图。
图8A示出了根据本文的公开内容制备的波导结构的第一实施例的平行投影平面图。
图8B示出了根据本文的公开内容制备的波导结构的第二实施例的平行投影平面图。
图9A示出了图8A的波导结构的第一实施例的透视图。
图9B示出了图8B的波导结构的第二实施例的透视图。
图10A是光学耦合到两个不同尺寸的光子器件的波导结构的第一透视图。
图10B是图10A的光学耦合到两个不同尺寸的光子器件的波导结构的第二透视图。
图11是示出根据一些实施例的制造波导的工艺的示例的流程图。
具体实施方式
本公开的一些实施例描述了一种包括3D锥形的波导结构和制造这种结构的方法。在以下描述中，将使用本领域技术人员常用的术语来描述例示性实施方式的各方面，以向本领域其它技术人员传达其工作的实质。然而，对本领域技术人员而言显而易见的是，可以仅利用所述方面中的一些来实践本公开的实施例。出于解释的目的，阐述了具体的数量、材料和配置，以便提供对例示性实施方式的透彻理解。然而，对本领域技术人员将显而易见的是，可以在没有具体细节的情况下实践本公开的实施例。在其它实例中，省略或简化了公知的特征，以免不必要地使例示性实施方式难以理解。
在以下具体实施方式中，参考附图，附图形成其一部分，其中所有附图中类似附图标记指示类似部分，并且在附图中以例示方式示出了可以实践本公开的主题的实施例。应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其它实施例并且可以进行结构或逻辑上的改变。出于本公开的目的，短语“A和/或B”表示(A)、(B)或(A和B)。出于本公开的目的，短语“A、B和/或C”表示(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或(A、B和C)。
描述可以使用基于视角的描述，例如顶部/底部、中/外、之上/之下等。这样的描述仅仅用于方便论述，并非旨在将本文描述的实施例的应用限制于关于加速场的任何特定取向。
描述可以使用短语“在实施例中”或“在一些实施例中”，其均可以指代相同或不同实施例中的一个或多个。此外，关于本公开的实施例使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义的。
本文中可以使用术语“与……耦合”连同其衍生用法。“耦合”可以表示如下一种或多种情况。“耦合”可以表示两个或更多元件物理或电接触和/或两个或更多元件光学耦合。光学耦合可以包括间隙；该间隙包括真空或填充有空气、液体、透射固体等。“耦合”还可以表示两个或更多元件彼此间接接触，但仍然彼此合作或相互作用。如本文使用的，“光学”和构词要素不应被理解为限制于可见电磁辐射，而应被理解为包括任何电磁辐射。
图1示出了硅板的示例的透视等距视图，其在本文中也被称为“板101”。板101可以包括外延膜105和二氧化硅110层。外延膜105可以是例如在衬底上从气态或液态前体生长的外延膜。外延膜105可以具有与电磁辐射通过外延膜105传播的预期轴垂直的晶体结构。图1-7D中示出的是轴x、y和z。出于方便的缘故而示出了这些轴。电磁辐射通过外延膜105传播的预期轴可以沿z轴。外延膜105的初始顶部在本文中也被称为“初始层级104”。如本文所用，“硅”表示任何外延晶体。二氧化硅110可以形成在硅板105中；硅板105可以形成在二氧化硅110上。硅、二氧化硅或另一种材料可以在二氧化硅110下方(相对于y轴的“下方”)。
图2A示出了根据一些实施例的图1的外延膜105和二氧化硅110的透视等距视图，还包括氧化掩模115。氧化掩模115可以在外延膜105顶部或上方，在外延膜105的初始层级104上。例如，氧化掩模115的组分可以是氮化硅、刚性掩模等。氧化掩模115可以从一端到另一端沿z轴逐渐变窄。图2A中的是第一截面120、第二截面121和第三截面122处的线。这些线不存在于该结构中，而仅仅指示图2B-2D中进一步示出的截面。
图2B示出了根据一些实施例的图2A的氧化掩模115、外延膜105和氧化掩模110的第一截面120的立视图。如上所述，外延膜105的顶部在初始层级104(也在图2C和图2D中标记出)。
图2C示出了根据一些实施例的图2A的氧化掩模115和外延膜105的第二截面121的立视图。图2B和图2C提供了氧化掩模115、氧化掩模110在外延膜105上的位置的内部视图，并示出了氧化掩模115逐渐变窄。
图2D示出了根据一些实施例的图2A的外延膜105的第三截面122的立视图。如所示，氧化掩模115已经逐渐变窄，使得其在第三截面122处不再存在于外延膜105上。
关于图11，在框1101处，氧化掩模115可以形成在、施加到和/或定位在外延膜105上方。
图3A示出了根据一些实施例的在氧化之后的图2A的外延膜105和氧化掩模115的透视等距视图，并以部分透明示出以显示氧化层132。氧化层132可以渗透到外延膜105中。氧化层132可以渗透到氧化掩模115下方和之下，如图3B和图3C中可以看到的。未示出的是，氧化层可以从外延膜105在氧化之前的初始表面向上延伸。例如，氧化层132可以通过包括湿法和干法工艺的热氧化形成。
图3B示出了根据一些实施例的图3A的氧化掩模115、外延膜105和氧化层132的第一截面120的立视图。如图3B和图3C所示且如本文所述，氧化层132可以渗透到氧化掩模115下方和之下。
图3C示出了根据一些实施例的图3A的氧化掩模115、外延膜105和氧化层132的第二截面121的立视图。
图3D示出了根据一些实施例的图3A的外延膜105和氧化层132的第三截面122的立视图。
关于图11，在框1105处，可以形成氧化层132。
图4A示出了根据一些实施例的在去除氧化掩模115和氧化层132、留下顶部在初始层级104处(相对于y轴)的升高结构130之后的图3A的外延膜105的透视等距视图。升高结构130可以沿z轴逐渐变窄，遵循锥形氧化掩模115的轮廓。在去除氧化层132之后，升高结构130的侧面可以成斜角，使得锥形升高结构130的前沿鼻部朝向外延膜105的第二顶部逐渐变窄。去除氧化层132之后的外延膜105的第二顶部在本文中也被称为“第一蚀刻层级135”。例如，可以通过诸如湿法蚀刻工艺的工艺来去除氧化掩模115和氧化层132。湿法蚀刻工艺可以是各向同性的，例如利用缓冲氢氟酸(“BHF”)的湿法蚀刻。
图4B示出了根据一些实施例的图4A的外延膜105的第一截面120的立视图。如上所述，例如，可以通过去除氧化掩模115和氧化层132的工艺来使升高结构130的侧面朝向第一蚀刻层级135成斜角。在图2B、图3B和图4B之间翻动，示出了升高结构130的顶部处在初始层级104，而第一蚀刻层级135处于相对于初始层级104的较低层级。
图4C示出了根据一些实施例的图4A的外延膜105、升高结构130和第一蚀刻层级135的第二截面121的立视图。在图4C中，由于升高结构130的锥形，升高结构130的截面具有显著更窄的宽度。
图4D示出了根据一些实施例的图4A的外延膜105和第一蚀刻层级135的第三截面122的立视图。
关于图11，在框1110处，可以去除氧化掩模115和氧化层132。
图5A示出了根据一些实施例的在沿z轴向沿图4A的外延膜105的表面的带施加第二掩模140之后的图4A的外延膜105的透视等距视图。第二掩模140的带覆盖并保护升高结构130的一部分，保护初始层级104的对应部分。第二掩模140的带还覆盖并保护第一蚀刻层级135的一部分。例如，第二掩模140可以是光刻掩模。
图5B示出了根据一些实施例的图5A的外延膜105和第二掩模140的第一截面120的立视图。
图5C示出了根据一些实施例的图5A的外延膜105和第二掩模140的第二截面121的立视图。图5A、图5B和图5C示出，第二掩模140的带位于升高结构130的一部分和第一蚀刻层级135的一部分的顶部。
图5D示出了根据一些实施例的图5A的外延膜105和第二掩模140的第三截面122的立视图。图5D示出，在第三截面122处，第二掩模140的带位于第一蚀刻层级135的顶部。
关于图11，在框1115处，可以进行第二掩模140的施加。
图6A示出了根据一些实施例的在蚀刻工艺之后的图5A的外延膜105和第二掩模140的透视等距视图。图6A的蚀刻工艺可以是干法蚀刻或等离子体相工艺，其也被称为等离子体蚀刻或等离子体蚀刻工艺。干法蚀刻可以是各向异性的。例如，可以优先沿y轴去除材料。在替代实施例中，可以使用各向异性湿法蚀刻工艺。各向异性湿法蚀刻工艺的示例包括使用乙二胺邻苯二酚、氢氧化钾/异丙醇、和/或氢氧化四甲铵的工艺。外延膜的蚀刻后层级在本文中被称为“第二蚀刻层级145”。
图6B示出了根据一些实施例的图6A的外延膜105、第二掩模140和第二蚀刻层级145的第一截面120的立视图。
图6C示出了根据一些实施例的图6A的外延膜105、第二掩模140和第二蚀刻层级145的第二截面121的立视图。图6B和图6C标记了由第二掩模140保护的升高结构130的一部分。
图6D示出了根据一些实施例的图6A的外延膜105、第二掩模140和第二蚀刻层级145的第三截面122的立视图。图6D标记了第二掩模140下方的第一蚀刻层级135。在图5B-5D和图6B-6D之间翻动，示出了通过干法蚀刻工艺各向异性地去除的材料。
关于图11，在框1120处，可以执行等离子体或干法各向异性蚀刻。
图7A-7D被一起描述。图7A示出了根据一些实施例的在去除第二掩模140之后的图6A的外延膜105的透视等距视图。图7B示出了根据一些实施例的图7A的外延膜105的第一截面120的立视图。图7C示出了根据一些实施例的图7A的外延膜105的第二截面121的立视图。图7D示出了根据一些实施例的图7A的外延膜105的第三截面122的立视图。
图7A-7D中示出的是第一波导150和第二波导155，被示于图7B和图7D中的虚线轮廓内。第一波导150大体上从初始层级104跨越y轴到二氧化硅110。第一波导150在y轴上的顶部在初始层级104处。第二波导155在y轴上的顶部在初始层级104下方的第一蚀刻层级135处。第一波导150在第一蚀刻层级135的层级上方的部分在本文被称为“第一波导顶部平面168”，图7C中标记了其一部分(在图7B中，尽管未标记，仍可看到第一波导顶部平面168)。第一波导顶部平面168跨越波导重叠区域(结合图8B标记并论述了波导重叠区域)从“X1”的x轴宽度逐渐变窄到零。
如上所述，第二波导155的一部分被包围在图7D中的虚线内。第二波导155大致在y轴上从第一蚀刻层级135(如上所述，低于初始层级104)跨越到氧化层110。在锥形波导148沿x轴的末端处，第二波导155沿x轴的宽度比X1更窄，第二波导155在波导重叠区域(图8B中标识)和锥形波导148沿x轴的末端之间从宽度X2逐渐变窄到X1。第二波导155中的从X1到X2的这种逐渐变窄不是必要的，但被示出为实施例。在其末端处，第二波导155可以具有与第一波导168的顶部平面相同的宽度X1，或者可以具有更宽的宽度。本文中还将第二波导155在第一蚀刻层级135处的顶部论述为“第二波导顶部平面”。在本文中将第二波导顶部平面论述为与第一波导顶部平面168“相邻”。本文中也可以将锥形波导称为波导过渡结构。
在第一波导顶部平面168和第二波导的宽度之间实现了具有复杂形状的渐变3D锥形，而未使用要求很高的制造技术，例如灰度级光刻或选择性外延生长。该渐变3D锥形实现了在第一波导150和波导155之间发射电磁辐射的低损耗。
关于图11，例如，在框1125处，可以进行第二掩模140的去除，从而获得锥形波导148。
图8A示出了根据本文的公开内容制备的锥形波导结构149的实施例的平行投影平面图。图8B示出了本文别处论述的锥形波导结构148的平行投影平面图。图8A和图8B被一起论述。锥形波导149及其制造大致类似于上述锥形波导148及其制造。在图8B中，在锥形波导149旁边示出了锥形波导148，以例示实施例中的相似和不同。
锥形波导148包括波导重叠区域160、第一波导150和第二波导155。第一波导150和第二波导155在波导重叠区域160中重叠。沿着波导重叠区域160的z轴，第一波导顶部平面168从x轴宽度X1逐渐变窄到零，使第一波导150的顶部层级利用3D结构向下逐渐过渡到第二波导155的顶部层级，该3D结构为在第一波导150和第二波导155之间发射的电磁辐射提供了低传输损耗。如所示且如所论述的，第二波导155可以包括波导重叠区域160和锥形波导148的末端之间的第二锥形，使得第二波导在锥形波导148的末端处的宽度为宽度X2。如所论述的，该第二锥形为实施例，但未必是必需的。图8B中的一对虚线170为分开的宽度X1。
锥形波导149包括波导重叠区域165、第一波导176和第二波导177。第一波导176和第二波导177在波导重叠区域165中重叠。沿着波导重叠区域165的z轴，第一波导176的第一波导顶部平面从x轴宽度X1逐渐变窄到零，使第一波导176的顶部层级利用3D结构向下逐渐过渡到第二波导177的顶部层级，该3D结构为第一波导176和第二波导177之间发射的电磁辐射提供了低传输损耗。该3D结构还在图9A中示出。
在图8A中，一对虚线175是分开的x轴宽度，其大于X1。第二波导177的宽度跨越波导重叠区域165的y轴从宽度X1增大到大于X1的宽度。该倒锥形可以与第一波导176的第一波导顶部平面的锥形成反比，因为第一波导176的第一波导顶部平面从x轴宽度X1逐渐变窄到零。倒锥形不必是成反比的；正比倒锥形可以提供光学或其它益处。例如，如图8A所示，第二波导177可以包括处于波导重叠区域165的端部和锥形波导149的末端之间的第二锥形。如结合锥形波导148所述，该第二锥形是实施例，但并非必需。
图9A示出了图8A的锥形波导149的透视图。图9B示出了图8B的锥形波导148的透视图。提供图9A和图9B是为了避免关于锥形波导149和148的结构的任何混淆。
图10A是光学耦合到光子器件180和光子器件185的锥形波导148的第一透视图。图10B是光学耦合到光子器件180和光子器件185的锥形波导148的第二透视图。图10A和图10B示出，光子器件180和185可以光学和/或电和/或物理耦合到锥形波导148，并且光子器件180和185可以是不同尺寸的。将光子器件180和185光学耦合到锥形波导不需要光子器件物理地接触锥形波导(如所示)。光学耦合可以跨越间隙；该间隙可以包括真空、气体、液体或透射固体(透明或至少部分透明的固体)。
关于图11，在框1130处，可以进行锥形波导到光子器件的光学耦合。
图11是示出根据一些实施例的制造3D锥形波导的工艺1100的示例的流程图。在工艺1100的框1101处，锥形氧化掩模可以被施加到外延膜和/或被定位在外延膜上方，该外延膜例如是硅的外延膜。如所述，这种氧化掩模的组分可以是氮化硅、刚性掩模等。锥形氧化掩模可以从一端向另一端逐渐变窄。施加氧化掩模可以是多步工艺。
在框1105处，可以执行氧化工艺以氧化外延膜的不受氧化掩模保护的位置。氧化工艺可以是各向同性的。氧化工艺可以是热氧化工艺，包括湿法和/或干法工艺。所得的氧化层可以渗透到氧化掩模下方和之下。氧化层的深度可以取决于时间长度、材料压力或浓度、和/或温度。所得的氧化层可以相对于这种表面在氧化之前的层级而从外延膜的初始表面向上延伸。大体上遵循锥形氧化掩模的轮廓对所得的氧化层进行图案化。所得的氧化层在本文中也可以被称为“图案化的氧化体积”。
在框1110处，可以从外延膜去除氧化掩模和图案化的氧化体积。例如，可以通过诸如湿法蚀刻工艺的工艺去除氧化掩模和图案化的氧化体积。湿法蚀刻工艺可以是各向同性的。湿法蚀刻工艺的示例是利用BHF的湿法蚀刻工艺。去除工艺可以相对于硅优先去除二氧化硅和/或氧化掩模。去除氧化掩模和图案化的氧化体积可以留下升高结构，并且顶部层级在外延膜的初始顶部层级处或附近。升高结构可以包括外延膜的材料。外延膜的去除了图案化的氧化体积的顶部层级在本文中可以被称为第一蚀刻层级(要理解，很多其它蚀刻工艺可以优于去除氧化掩模和图案化的氧化体积的工艺。
在框1115处，可以将掩模施加到沿外延膜的表面的带。带可以沿升高结构的一部分以及在第一蚀刻层级上。带的轮廓的宽度可以对应于要在外延膜中制造的一个或多个波导的顶部层级的预期宽度。带的宽度可以跨越其长度而变化。施加到带的掩模例如可以是光刻掩模或另一种适当掩模。施加掩模带可以是多步工艺，其中对掩模材料或掩模前体进行施加(包括旋涂)、预烘焙、使其暴露于对应于带的图案、并去除材料以留下带。接下来可以是其它工艺，例如接触印刷、接近印刷和/或投影印刷。
在框1120处，可以利用蚀刻工艺蚀刻外延膜。蚀刻工艺可以是等离子体蚀刻工艺，也称为干法蚀刻工艺。蚀刻工艺可以是各向异性的，优先沿一条轴去除材料，而不沿垂直轴去除材料或仅去除很少材料。也可以或替代地可以使用各向异性湿法蚀刻工艺。框1115的掩模可以保护外延膜的一部分。
在框1125处，可以去除框1115的掩模。去除掩模可以通过湿法剥离(例如通过施加有机或无机溶剂)、或干法(等离子体)剥离。去除掩模可以留下3D锥形波导，其具有至少两个在波导重叠区域中重叠的波导，并且其中两个波导至少具有不同的高度(如果不仅有不同宽度)。两个波导之一的高度可以跨越渐变锥形而减小，这使两个波导之间的传输损耗最小化。
在框1130处，框1125的锥形波导结构可以光学耦合到一个或多个光子器件。例如，电磁辐射源可以光学耦合到锥形波导结构的一端，而电磁辐射的接收器可以光学耦合到锥形波导结构的其它(或另一个)端。源和接收器可以是不同尺寸，并且锥形波导结构适应不同的尺寸。
在框1199处，工艺1100可以结束和/或返回到另一工艺。
除了或替代本文所述那些之外，可以采用很多其它流程，例如预烘焙和后烘焙工艺、去除或减小驻波效应的工艺、施加底部抗反射涂层、衬底制备、掺杂等。
在各种实施方式中，可以将根据本文的公开内容的3D锥形波导结构用于计算机装置、通信装置等中。
以下是示例：
示例1。一种波导过渡结构，包括：包括第一层级上的第一波导顶部平面的第一波导，其中第一波导顶部平面具有宽度X；包括与第一波导顶部平面相邻的层级上的第二波导顶部平面的第二波导；其中第一和第二波导在波导重叠区域中重叠；并且第一波导顶部平面包括跨越波导重叠区域的锥形，其中该锥形将宽度X减小到零。
示例2。根据示例1所述的结构，其中第一和第二波导形成于二氧化硅衬底上的一个连续外延硅膜中。
示例3。根据示例2所述的结构，其中外延硅膜包括晶格，其中晶格包括与电磁辐射通过第一和第二波导传播的轴垂直的至少一个晶格轴。
示例4。根据示例1到示例3的任何一项或多项所述的结构，其中，宽度X与电磁辐射通过第一和第二波导传播的轴垂直。
示例5。根据示例1到示例4的任何一项或多项所述的结构，还包括光学耦合到第一波导的第一发射器或接收器、或者光学耦合到第二波导的第二发射器或接收器中的至少一个。
示例6。根据示例1到示例5的任何一项或多项所述的结构，其中第二波导顶部平面的宽度是以下情况之一：跨越锥形的长度恒定；或随着锥形将宽度X减小到零而增大。
示例7。根据示例6所述的结构，其中第二波导顶部平面的宽度随着锥形将宽度X减小到零而与锥形的减小并行地增大。
示例8。根据示例1到示例7的任何一项或多项所述的结构，其中第二波导包括第二波导锥形，其中第二波导锥形在光学耦合到发射器或接收器之前减小第二波导的宽度，并且其中第二波导锥形在波导重叠区域之后开始。
示例9。一种制造波导结构的方法，包括：从外延膜去除图案化的氧化体积以在外延膜上留下升高结构，其中升高结构跨越波导重叠区域从第一宽度逐渐变窄到零，其中第一宽度等于或大于宽度X；向沿外延膜的表面的带施加掩模，其中沿外延膜的表面的带包括升高结构在波导重叠区域上方的一部分；蚀刻外延膜的表面以去除外延膜的不受掩模保护的体积；去除掩模以留下包括具有宽度X的第一波导顶部平面的第一波导和包括在第一波导顶部平面下方的层级上的第二波导顶部平面的第二波导；其中第一和第二波导在波导重叠区域中重叠，并且第一波导顶部包括跨越波导重叠区域的锥形，其中锥形跨越波导重叠区域将宽度X减小到零。
示例10。根据示例9所述的方法，还包括选择性地氧化外延膜以形成图案化的氧化体积。
示例11。根据示例10所述的方法，其中选择性氧化包括向外延膜施加锥形氧化掩模以及使外延膜氧化。
示例12。根据示例11所述的方法，其中锥形氧化掩模包括化学接合到外延膜的氮化硅掩模或刚性掩模中的至少一者，并且使外延膜氧化包括使外延膜热氧化或执行氧化物的化学气相沉积中的至少一者。
示例13。根据示例9到示例12的任何一项或多项所述的方法，其中掩模是光刻掩模。
示例14。根据示例9到示例13的任何一项或多项所述的方法，其中去除图案化的氧化体积或蚀刻外延膜的表面中的至少一者包括干法蚀刻工艺或湿法蚀刻工艺中的至少一者。
示例15。根据示例14所述的方法，其中，去除图案化的氧化体积包括利用湿法蚀刻工艺去除图案化的氧化体积，并且其中蚀刻外延膜的表面包括干法蚀刻工艺。
示例16。根据示例14到示例15的任何一项或多项所述的方法，其中干法蚀刻工艺是各向异性的，并且湿法蚀刻工艺是各向同性的。
示例17。根据示例9到示例16的任何一项或多项所述的方法，其中蚀刻外延膜的表面以去除外延膜的未被掩模保护的体积包括蚀刻外延膜的表面以均匀地去除外延膜的未被掩模保护的体积。
示例18。根据示例9到示例17的任何一项或多项所述的方法，还包括将第一发射器或接收器光学耦合到第一波导以及将第二发射器或接收器光学耦合到第二波导。
示例19。根据示例9到示例18的任何一项或多项所述的方法，其中波导重叠区域内部的第二波导顶部平面的宽度是以下情况之一：i)跨越锥形的长度恒定，或者ii)随着锥形将宽度X减小到零而增大，并在波导重叠区域外部减小到小于宽度X。
示例20。一种光学系统，包括：波导过渡结构，其中波导过渡结构包括第一波导和第二波导；光学耦合到第一波导的电磁辐射的第一发射器或接收器、以及光学耦合到第二波导的电磁辐射的第二发射器或接收器；其中第一波导包括第一层级上的第一波导顶部平面，其中第一波导顶部平面具有宽度X；第二波导包括与第一波导顶部平面相邻的层级上的第二波导顶部平面；其中，第一和第二波导在波导重叠区域中重叠；并且第一波导顶部平面包括跨越波导重叠区域的锥形，其中锥形将宽度X减小到零。
示例21。根据示例20所述的系统，其中第一和第二波导形成于二氧化硅衬底上的一个连续外延硅膜中。
示例22。根据示例21所述的系统，其中外延硅膜包括晶格，其中晶格包括与电磁辐射通过第一和第二波导传播的轴垂直的至少一个晶格轴。
示例23。根据示例20到示例22的任何一项或多项所述的系统，其中，宽度X与电磁辐射通过第一和第二波导传播的轴垂直。
示例24。根据示例20到示例23的任何一项或多项所述的系统，其中第二波导顶部平面的宽度是以下情况之一：跨越锥形的长度恒定；或随着锥形将宽度X减小到零而增大。
示例25。根据示例24所述的系统，其中第二波导顶部平面的宽度随着锥形将宽度X减小到零而与锥形的减小并行地增大。
示例26。根据示例20到示例25的任何一项或多项所述的系统，其中第二波导包括第二波导锥形，其中第二波导锥形在第二发射器或接收器之前减小第二波导的宽度，并且其中第二波导锥形在波导重叠区域之后开始。
各实施例可以包括上述实施例的任何适当组合，包括以以上实施例的结合形式(和)描述的实施例的替代(或)实施例(例如，“和”可以是“和/或”)。此外，一些实施例可以包括一种或多种制品(例如，非暂态计算机可读介质)，其上存储了指令，该指令在执行时导致上述实施例中的任何实施例的动作。此外，一些实施例可以包括具有用于执行上述实施例的各种操作的任何适当模块的设备或系统。
例示的实施方式的以上描述，包括摘要中描述的内容，并非旨在穷举或将本公开的实施例限制为所公开的精确形式。尽管出于例示性目的在这里描述了具体实施方式和示例，但相关领域的技术人员将认识到，在本公开的范围内，各种等价修改都是可能的。

Claims (25)

1.一种波导过渡结构，包括：
第一波导，其包括第一层级上的第一波导顶部平面，其中，所述第一波导顶部平面具有宽度X；
第二波导，其包括与所述第一波导顶部平面相邻的第二层级上的第二波导顶部平面，其中，
所述第一波导和所述第二波导在波导重叠区域中重叠；并且
其中，所述第一波导顶部平面包括：
跨越所述波导重叠区域的第一锥形，其中，所述第一锥形将所述宽度X减小到零；以及
设置在所述第一波导的与所述第一波导 顶部平面相邻的一侧上的跨越所述波导重叠区域的第二渐变3D锥形，其中，由所述第二渐变3D锥形形成的表面使所述第一层级上的所述第一波导 顶部平面逐渐过渡到所述第二层级上的所述第二波导 顶部平面，
其中，所述第二波导顶部平面的宽度跨越所述波导重叠区域从所述宽度X增大到大于所述宽度X的宽度，并在所述波导重叠区域外部减小到小于所述宽度X。
2.根据权利要求1所述的结构，其中，所述第一波导和所述第二波导形成于二氧化硅衬底上的一个连续外延硅膜中。
3.根据权利要求2所述的结构，其中，所述外延硅膜包括晶格，其中，所述晶格包括与电磁辐射通过所述第一波导和所述第二波导传播的轴垂直的至少一个晶格轴。
4.根据权利要求1所述的结构，其中，所述宽度X与电磁辐射通过所述第一波导和所述第二波导传播的轴垂直。
5.根据权利要求1所述的结构，还包括光学耦合到所述第一波导的第一发射器或接收器或者光学耦合到所述第二波导的第二发射器或接收器中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的结构，其中，所述第二波导顶部平面的宽度随着所述第一锥形将所述宽度X减小到零而增大。
7.根据权利要求6所述的结构，其中，所述第二波导顶部平面的宽度随着第一锥形将所述宽度X减小到零而与所述第一锥形的减小并行地增大。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的结构，其中，所述第二波导包括第二波导锥形，其中，所述第二波导锥形在光学耦合到发射器或接收器之前减小所述第二波导的宽度，并且其中，所述第二波导锥形在波导重叠区域之后开始。
9.一种制造波导过渡结构的方法，包括：
从外延膜去除图案化的氧化体积以在所述外延膜上留下升高结构，其中，所述升高结构跨越波导重叠区域从第一宽度逐渐变窄到零，其中，所述第一宽度等于或大于宽度X；
向沿所述外延膜的表面的带施加掩模，其中，沿所述外延膜的表面的所述带包括所述升高结构在所述波导重叠区域上方的一部分；
蚀刻所述外延膜的表面以去除所述外延膜的未被所述掩模保护的体积；
去除所述掩模以留下第一波导和第二波导，所述第一波导包括具有所述宽度X的第一波导顶部平面，所述第二波导包括在低于所述第一波导顶部平面的第二层级上的第二波导顶部平面；其中
所述第一波导和所述第二波导在所述波导重叠区域中重叠，并且其中，所述第一波导顶部平面包括：跨越所述波导重叠区域的第一锥形，其中，所述第一锥形将所述宽度X减小到零；以及设置在所述第一波导的与所述第一波导 顶部平面相邻的一侧上的跨越所述波导重叠区域的第二渐变3D锥形，其中，由所述第二渐变3D锥形形成的表面使所述第一层级上的所述第一波导 顶部平面逐渐过渡到所述第二层级上的所述第二波导 顶部平面，
其中，所述第二波导顶部平面的宽度跨越所述波导重叠区域从所述宽度X增大到大于所述宽度X的宽度，并在所述波导重叠区域外部减小到小于所述宽度X。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括选择性地氧化所述外延膜以形成图案化的氧化体积。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，选择性氧化包括向所述外延膜施加锥形氧化掩模以及使所述外延膜氧化。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述锥形氧化掩模包括化学接合到所述外延膜的氮化硅掩模或刚性掩模中的至少一者，并且使所述外延膜氧化包括使外延膜热氧化或执行氧化物的化学气相沉积中的至少一者。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述掩模是光刻掩模。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，去除所述图案化的氧化体积或蚀刻所述外延膜的表面中的至少一者包括干法蚀刻工艺或湿法蚀刻工艺中的至少一者。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，去除所述图案化的氧化体积包括利用湿法蚀刻工艺去除所述图案化的氧化体积，并且其中，蚀刻所述外延膜的表面包括干法蚀刻工艺。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述干法蚀刻工艺是各向异性的，并且所述湿法蚀刻工艺是各向同性的。
17.根据权利要求9所述的方法，其中，蚀刻所述外延膜的表面以去除所述外延膜的未被所述掩模保护的体积包括蚀刻所述外延膜的表面以均匀地去除所述外延膜的未被所述掩模保护的体积。
18.根据权利要求9所述的方法，还包括将第一发射器或接收器光学耦合到所述第一波导以及将第二发射器或接收器光学耦合到所述第二波导。
19.根据权利要求9-18中任一项所述的方法，其中，所述波导重叠区域内部的所述第二波导顶部平面的宽度随着所述第一锥形将所述宽度X减小到零而增大。
20.一种光学系统，包括：
波导过渡结构，其中，所述波导过渡结构包括第一波导和第二波导；
光学耦合到所述第一波导的电磁辐射的第一发射器或接收器、以及光学耦合到所述第二波导的电磁辐射的第二发射器或接收器；
其中，所述第一波导包括第一层级上的第一波导顶部平面，其中，所述第一波导顶部平面具有宽度X；
所述第二波导包括与所述第一波导顶部平面相邻的第二层级上的第二波导顶部平面，其中，
所述第一波导和所述第二波导在波导重叠区域中重叠；并且
其中，所述第一波导顶部平面包括：
跨越所述波导重叠区域的第一锥形，其中，所述第一锥形将所述宽度X减小到零；以及
设置在所述第一波导的与所述第一波导 顶部平面相邻的一侧上的跨越所述波导重叠区域的第二渐变3D锥形，其中，由所述第二渐变3D锥形形成的表面使所述第一层级上的所述第一波导 顶部平面逐渐过渡到所述第二层级上的所述第二波导 顶部平面，
其中，所述第二波导顶部平面的宽度跨越所述波导重叠区域从所述宽度X增大到大于所述宽度X的宽度，并在所述波导重叠区域外部减小到小于所述宽度X。
21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述第一波导和所述第二波导形成于二氧化硅衬底上的一个连续外延硅膜中。
22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述外延硅膜包括晶格，其中，所述晶格包括与电磁辐射通过所述第一波导和所述第二波导传播的轴垂直的至少一个晶格轴。
23.根据权利要求20所述的系统，其中，所述宽度X与电磁辐射通过所述第一波导和所述第二波导传播的轴垂直。
24.根据权利要求20所述的系统，其中，所述第二波导顶部平面的宽度随着所述第一锥形将所述宽度X减小到零而增大。
25.根据权利要求20到24中的任一项所述的系统，其中，所述第二波导包括第二波导锥形，其中，所述第二波导锥形在所述第二发射器或接收器之前减小所述第二波导的宽度，并且其中，所述第二波导锥形在所述波导重叠区域之后开始。
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