CN110691458B - 光学集成电路系统、装置和制造方法 - Google Patents

光学集成电路系统、装置和制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110691458B
CN110691458B CN201910607514.6A CN201910607514A CN110691458B CN 110691458 B CN110691458 B CN 110691458B CN 201910607514 A CN201910607514 A CN 201910607514A CN 110691458 B CN110691458 B CN 110691458B
Authority
CN
China
Prior art keywords
waveguide
protection structure
electrostatic discharge
optical
esd protection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910607514.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110691458A (zh
Inventor
L·马吉
P·奥兰迪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
STMicroelectronics SRL
Original Assignee
STMicroelectronics SRL
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by STMicroelectronics SRL filed Critical STMicroelectronics SRL
Publication of CN110691458A publication Critical patent/CN110691458A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110691458B publication Critical patent/CN110691458B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0248—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0213—Electrical arrangements not otherwise provided for
    • H05K1/0216—Reduction of cross-talk, noise or electromagnetic interference
    • H05K1/023—Reduction of cross-talk, noise or electromagnetic interference using auxiliary mounted passive components or auxiliary substances
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12002—Three-dimensional structures
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/1228—Tapered waveguides, e.g. integrated spot-size transformers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/58—Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for, e.g. in combination with batteries
    • H01L23/60—Protection against electrostatic charges or discharges, e.g. Faraday shields
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/045—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage adapted to a particular application and not provided for elsewhere
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0274—Optical details, e.g. printed circuits comprising integral optical means
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12035—Materials
    • G02B2006/12061—Silicon
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12083—Constructional arrangements
    • G02B2006/12123—Diode
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4274—Electrical aspects
    • G02B6/4275—Protection against electrostatic discharge [ESD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

本公开的实施例涉及光学集成电路系统、装置和制造方法。一种光学集成电路装置包括：电绝缘基板；光学连接件，被设置在光学集成电路的边界处；以及第一静电放电(ESD)保护结构，与第一波导直接接触并且被电耦合到第一波导。光学连接件包括第一波导。第一波导被设置在电绝缘基板上并且被配置成传输光学信号。第一ESD保护结构是非电绝缘的，并且对光学信号基本光学透明。包括阳极和阴极的ESD二极管被电耦合到第一ESD保护结构。接地连接件被电耦合到ESD二极管的阳极。

Description

光学集成电路系统、装置和制造方法
技术领域
本发明一般涉及光学集成电路系统，并且在特定实施例中，涉及光学集成电路系统的结构、光学集成电路装置及其制造方法。
背景技术
光学集成电路(OIC)可能对静电放电(ESD)事件敏感。在许多应用中，后段(BEOL)金属化可以形成在光子芯片的光学层之上。BEOL层可以用于路由电信号以及在光子芯片周围形成密封环。密封环可以围绕OIC的周边形成，以提供对潜在有害ESD事件的保护。例如，密封环可以被电耦合到ESD二极管，该ESD二极管可以在存在高电压和/或电流状况的情况下提供到接地连接件的通路。然而，当光子芯片包括外部光学连接件时，仅由金属层形成的密封环可能无法提供对潜在有害ESD事件的完全保护。
例如，在利用BEOL层中的腔来促进OIC和内插器之间的光学耦合的应用中，可以使用OIC波导和内插器波导之间的绝热或渐逝耦合来实现光学耦合。在这种情况下，波导之间的绝热耦合可能需要在BEOL密封环的金属层中形成开口。取决于波导和包层材料，这些开口可能允许电荷在ESD事件期间穿过密封环。因此，与外部光学连接件兼容同时保持高水平的电隔离的密封环可以是所期望的。
发明内容
根据本发明的一个实施例，光学集成电路装置包括：电绝缘基板；光学连接件件，被设置在光学集成电路的边界处；以及第一静电放电(ESD)保护结构，与第一波导直接接触并且被电耦合到第一波导。光学连接件包括第一波导。第一波导被设置在电绝缘基板上并且被配置成传输光学信号。第一ESD保护结构是非电绝缘的，并且对光学信号基本光学透明。包括阳极和阴极的ESD二极管被电耦合到第一ESD保护结构。接地连接件被电耦合到ESD二极管的阳极。
根据本发明的另一个实施例，一种制造光学集成电路装置的方法包括：提供电绝缘基板、在电绝缘基板之上形成第一波导。第一波导被配置成传输光学信号。方法还包括在电绝缘基板之上形成第一静电放电(ESD)保护结构。第一ESD保护结构与第一波导直接接触并且被电耦合到第一波导。第一ESD保护结构是非电绝缘的，并且对光学信号基本光学透明。方法还包括：在电绝缘基板处形成ESD二极管以及在电绝缘基板处形成接地连接件。ESD二极管的阴极被电耦合到第一ESD保护结构。接地连接件被电耦合到ESD二极管的阳极。
根据本发明的又一实施例，一种系统包括：电绝缘基板；光学集成电路(OIC)，被设置在电绝缘基板之上；以及多个波导，被设置在电绝缘基板之上并且被光学耦合到OIC。多个波导被配置成传输多个光学信号。多个波导包括第一波导和第二波导。系统还包括：外部电路，被光学耦合到多个波导；第一密封环，被设置为围绕OIC的周边；包括阳极和阴极的ESD二极管；以及
接地连接件，被电耦合到ESD二极管的阳极。第一密封环包括第一部分，该第一部分与多个波导中的每个波导直接接触并且被电耦合到多个波导中的每个波导。第一部分是非电绝缘的，并且对多个光学信号基本光学透明。第一密封环还包括第二部分。第一部分和第二部分形成闭环。阴极被电耦合到第一密封环。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考以下结合附图的描述，其中：
图1图示了根据本发明的一个实施例的示例光学集成电路(OIC)系统的示意图，该光学集成电路(OIC)系统包括与波导直接接触的静电放电(ESD)保护结构；
图2A、图2B和图2C图示了根据本发明的一个实施例的另一个示例OIC系统的示意图，该OIC系统包括与波导直接接触的ESD保护结构，其中图2A图示了OIC系统的俯视图，并且图2B和图2C图示了OIC系统的截面图；
图3图示了根据本发明的一个实施例的示例OIC系统的示意图，该OIC系统包括与多个波导直接接触的ESD保护结构；
图4A和图4B图示了根据本发明的一个实施例的两个示例OIC系统的示意图，该OIC系统包括沿着OIC装置的周边设置并且与四个波导直接接触的ESD保护结构，其中图4A图示了被绝热耦合到四个次级波导的四个波导，并且其中图4B图示了被绝热耦合到外部内插器的波导的四个波导；
图5图示了根据本发明的一个实施例的示例OIC系统的示意图，该OIC系统包括：与四个波导直接接触的第一ESD保护结构以及不直接接触四个波导的第二ESD保护结构；
图6A、图6B、图6C、图6D、图6E和图6F图示了根据本发明的一个实施例的示例OIC系统的一部分的示意图，该OIC系统包括：与第一波导和第二波导直接接触的第一ESD保护结构以及不直接接触第一波导或第二波导的第二ESD保护结构，其中图6A图示了该部分的俯视图，并且其中图6B-图6F图示了该部分的截面图；
图7A、图7B、图7C、图7D和图7E图示了根据本发明的一个实施例的另一个示例OIC系统的一部分的示意图，该OIC系统包括：与第一波导和第二波导直接接触的第一ESD保护结构以及不直接接触第一波导或第二波导的第二ESD保护结构，其中图7A图示了该部分的俯视图，并且其中图7B-图7E图示了该部分的截面图；以及
图8图示了根据本发明的一个实施例的制造OIC装置的方法。
除非另外指出，否则不同附图中的对应数字和符号通常指代对应的部分。附图被绘制为清楚地说明实施例的相关方面，并且不一定按比例绘制。附图中绘制的特征的边缘不一定指示特征的范围的终止。
具体实施方式
下面详细讨论各种实施例的制作和使用。然而，应当理解，本文描述的各种实施例适用于各种各样的特定环境。所讨论的特定实施例仅是制作和使用各种实施例的具体方式的说明，并且不应当以受限的范围解释。
可以使用后段(BEOL)层形成密封环，以保护光学集成电路(OIC)免受潜在有害的静电放电(ESD)事件的影响。密封环可以是围绕或部分地围绕易受ESD事件影响的电路(诸如OIC)的ESD保护结构。由于在光子芯片的BEOL处理期间形成的密封环可以是金属，因此密封环对于由光子芯片的OIC传输的一些或所有光学信号可以不透明。为了允许到外部电路的光学连接件，可以在密封环中形成开口，使得波导可以穿过密封环。具体地，可以包含密封环中的开口以实现OIC的波导与外部内插器之间的绝热耦合。在这种情况下，可以在BEOL层中形成腔，以使得能够通过附接外部内插器进行外部光学耦合。
然而，密封环中的开口可能通过允许电荷通过开口输送到光子芯片中而损害由密封环提供的电隔离。作为特定示例，如果穿过密封环的波导不是电绝缘的，则可以通过波导本身输送电荷。
在各种实施例中，OIC系统包括OIC装置。OIC装置包括光学连接件，该光学连接件包括被配置成传输光学信号的至少一个波导。ESD保护结构与波导直接接触并且被电耦合到波导。ESD保护结构被配置成在ESD事件期间提供通过ESD二极管到接地连接件的通路。ESD保护结构还被配置成相对于波导是光学惰性的。换句话说，ESD保护结构被配置成提供ESD保护而不影响OIC装置的光学性质。
ESD保护结构的尺寸在靠近波导的区域中可以相对较小，并且在其他区域中可以相对较大。在一些实施例中，ESD保护结构可以围绕OIC装置。例如，ESD保护结构可以被设置为沿着OIC装置的周边，并且可以被称为光学密封环。光学密封环可以可选地由与波导相同的材料形成。在各种实施例中，光学密封环与波导同时形成。在一些实施例中，波导的一部分可以被配置成用作光学密封环的一部分。
OIC系统可选地包括不与波导直接接触的附加的ESD保护结构。附加的ESD保护结构可以在BEOL工艺期间形成，并且可以围绕或部分地围绕OIC装置。例如，附加的ESD保护结构可以被设置为沿着OIC装置的周边，并且可以被称为BEOL密封环。在各种实施例中，BEOL密封环具有一个或多个开口，该一个或多个开口允许至少一个波导穿过而不影响所传输的光学信号的光学性质。在各种实施例中，BEOL密封环被电耦合到光学ESD保护结构。在一些实施例中，BEOL密封环直接形成在光学ESD保护结构的一部分上方。在一个实施例中，OIC系统包括BEOL密封环和光学密封环两者。
OIC系统可以有利地允许波导用作OIC装置的外部连接件，同时保持ESD保护。当包括外部光学连接件时，OIC系统还可以提供改进OIC装置的ESD保护的益处。诸如光学密封环的ESD结构可以有利地被电连接到BEOL密封环。OIC系统的另一个可能的益处是：ESD保护结构(诸如光学密封环)可以被配置成不影响波导或OIC装置的光学性质。OIC系统还可以有利地允许使用半导体和/或导体作为波导材料而不牺牲OIC装置的ESD保护。
下面提供的实施例描述了各种结构以及制造光学集成电路系统和装置的方法，并且特别地描述了包括与波导直接接触的静电放电保护结构的光学集成电路系统。以下描述描述了实施例。使用图1和图2A-图2C描述包括与波导直接接触的ESD保护结构的两个实施例OIC系统。使用图3-图5描述包括与多个波导直接接触的ESD保护结构的几个实施例OIC系统。使用图6A-图6F描述包括两个ESD保护结构的实施例OIC系统的一部分。使用图7A-图7E描述包括两个ESD保护结构的另一个实施例OIC系统的一部分。使用图8描述制造实施例OIC装置的方法。
图1图示了根据本发明的一个实施例的示例光学集成电路(OIC)系统的示意图，该光学集成电路(OIC)系统包括与波导直接接触的静电放电(ESD)保护结构。
参考图1，OIC系统100包括OIC装置102。在一个实施例中，OIC装置102可以被实施成光子芯片。在其他实施例中，OIC装置102可以被包括在包括附加电路的基板上。例如，OIC装置102可以被包括在还包括附加光学电路装置、电路装置、微机电装置等的基板上。OIC装置102还可以被包括在具有附加的集成和/或分立部件的基板上。
OIC装置102包括波导120和ESD保护结构130。在各种实施例中，波导120是集成波导。在一些实施例中，波导120是单模波导。在其他实施例中，波导120是多模波导。可以使用基于特定应用参数可能期望的任何合适的结构来实施波导120。例如，波导120可以是平面波导、条形波导、脊形波导、肋形波导、扩散波导、埋置波导或任何其他合适类型的波导。可以使用任何合适的材料来实施波导120。例如，波导120可以包括元素硅(Si)、氮化硅(Si3N4)、铌酸锂(LiNbO3)、硒化锌(ZnSe)、光学合适的聚合物或III-V族半导体(诸如砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN))等。在各种实施例中，波导120是集成条形波导，并且在一个实施例中是硅集成条形波导。在另一个实施例中，波导120是集成脊形波导，并且在一个实施例中是硅集成脊形波导。
波导120可以是OIC装置102的光学连接件13的一部分。光学连接件13可以被设置在OIC装置102的边界处。例如，光学连接件13的波导120可以被绝热耦合到外部内插器。可以在波导120和外部内插器之间包括诸如附加波导的附加光学部件。备选地，外部内插器可以被直接耦合到波导120。在其他实施例中，可以在光学连接件13中包括附加的电子部件或电光部件。
在各种实施例中，波导120被配置成例如使用光学连接件13而被光学耦合到外部电路14。外部电路14可以被设置在与OIC装置102不同的基板上。备选地，外部电路14可以被设置在与OIC装置102相同的基板上。外部电路14可以包括合适部件(诸如电子部件、光学部件、有源和无源器件、集成和分立器件等)的任何组合。
如图1中所示，ESD保护结构130与波导120直接接触。ESD保护结构130可以被设置在OIC装置102的边界处，诸如在沿着OIC装置102的周边的点处。备选地，ESD保护结构130可以位于与波导120相邻并且直接接触波导120的任何点处。ESD保护结构130被电耦合到波导120。ESD保护结构130由非电绝缘(例如，导电、半导体、超导)材料形成。在一个实施例中，ESD保护结构130由半导体材料形成。在另一个实施例中，ESD保护结构130由导电材料形成。
在各种实施例中，ESD保护结构130基本光学透明。例如，在一个实施例中，ESD保护结构130对由波导120传输的光学信号基本光学透明。在各种实施例中，ESD保护结构130由与波导120相同的材料形成。在一个实施例中，ESD保护结构130由元素硅(Si)形成。在各种实施例中，ESD保护结构130可以是适于形成如之前所描述的波导120的任何非电绝缘材料。
在各种实施例中，ESD保护结构130被配置成相对于由波导120传输的光学信号是光学惰性的。换句话说，ESD保护结构130可以被配置成不影响OIC装置102的功能，同时还保护OIC装置102免受潜在有害的ESD事件的影响。例如，OIC装置102可以包括诸如调制和检测的功能，该功能不受ESD保护结构130的存在的影响。
在波导120和ESD保护结构130由相同材料形成的应用中，ESD保护结构130可以被配置成：通过最小化或去除波导120和ESD保护结构130之间的界面来减少或消除由波导120传输的光学信号的散射。备选地或附加地，可以选择ESD保护结构130的维度以减少或消除由波导120传输的光学信号的散射。
ESD保护结构130被电耦合到ESD二极管50的阴极54。ESD二极管50还包括阳极52，阳极52被电耦合到接地连接件56。ESD保护结构130被配置成提供通过ESD二极管50到接地连接件56的低电阻通路。例如，在ESD事件期间，高电压可以启动ESD二极管50的击穿，这可以提供将电流分流到接地连接件56并远离OIC装置102中的部件的通路。
在OIC系统100的示意图中，ESD保护结构130被配置成防止过量的电荷流到波导120中。而是，在ESD二极管50的阴极54处的电压达到可能有害水平的情况下，ESD二极管50被配置成允许大部分或全部电流流到接地连接件56。
应当注意，ESD保护结构130可以延伸以保护OIC装置102的其他可能易受攻击的区域。例如，在OIC装置102中可以包括附加波导、电路和其他部件。ESD保护结构130可以根据给定应用的需要，延伸以保护这些附加部件。例如，波导120可以是光子芯片的波导的阵列的一部分，其形成到外部光学电路的绝热光学连接件。ESD保护结构130可以延伸以保护位于边界(诸如沿着OIC装置102的周边)处的所有光学连接件。在各种实施例中，ESD保护结构130围绕OIC装置102的周边延伸。在这种情况下，ESD保护结构130可以被称为光学密封环。
图2A、图2B和图2C图示了根据本发明的一个实施例的另一个示例OIC系统的示意图，该OIC系统包括与波导直接接触的ESD保护结构，其中图2A图示了该OIC系统的俯视图，而图2B和图2C图示了该OIC系统的截面图。
参考图2A，OIC系统200包括OIC装置202。包括OIC装置202的OIC系统200可以是其他实施例OIC系统和OIC装置(例如，诸如参考图1描述的包括OIC装置102的OIC系统100)的特定实施方式。类似标记的元件可以是如之前所描述的那样。
OIC装置202包括波导20，波导20被光学耦合到次级波导70的。波导20可以是锥形的，使得在波导20和次级波导70之间实现绝热耦合。在各种实施例中，波导20的折射率n1大于次级波导70的折射率n2。次级波导70又可以被耦合到光学连接件13，光学连接件13有助于光学耦合到外部电路14。例如，次级波导70可以被绝热耦合到外部内插器上的波导，外部内插器被耦合到外部电路14。内插器波导可以是聚合物或玻璃，并且具有折射率n3，折射率n3小于次级波导70的折射率。换句话说，折射率可以被实施成使得n1>n2>n3，以便在波导20和外部光学电路14之间实现绝热耦合。
ESD保护结构230与波导20直接接触并且被电耦合到波导20。如之前所描述的，ESD保护结构230还通过ESD二极管50而被电耦合到接地连接件56。
ESD保护结构230可以是图1的ESD保护结构130的特定实施方式，并且可以是如之前所描述的那样。ESD保护结构230可以包括第一宽度90。例如，第一宽度90可以是在与穿过波导20行进的光学信号的传播的方向平行的方向上测量的ESD保护结构230的厚度。第一宽度90可以被选择使得光学信号的性质不受ESD保护结构230的存在的影响。在一个实施例中，第一宽度90被选择使得波导20和次级波导70之间的绝热耦合被保持。在一些实施例中，第一宽度90小于200nm。在各种实施例中，第一宽度90在约50nm和约200nm之间。在一个实施例中，第一宽度90为约180nm。在另一个实施例中，第一宽度90为约100nm。
ESD保护结构230可以包括ESD保护结构延伸部231，ESD保护结构延伸部231与波导20的侧部直接接触，如所示。例如，波导20可以由非电绝缘材料形成，并且可以用于将ESD保护结构230电耦合到ESD保护结构延伸部231。备选地，例如，如在图3中所示，ESD保护结构230可以延伸超过波导20，并且可以省略ESD保护结构延伸部231。
ESD保护结构延伸部231包括第二宽度91。第二宽度91可以是靠近波导20的侧部的ESD保护结构延伸部231的厚度的测量结果。第二宽度91可以与第一宽度90相同或不同。在各种实施例中，第二宽度91大于第一宽度90。在一些实施例中，第二宽度91大于200nm。在一些实施例中，第二宽度91在约250nm和约2μm之间。在一个实施例中，第二宽度91为约400nm。在另一个实施例中，第二宽度91为约1.8μm。在其他实施例中，第二宽度91在约2μm和约5μm之间。在一个实施例中，第二宽度91为约3μm。例如，ESD保护结构延伸部231可以被实施成硅单模脊形波导，并且可以具有约3μm的宽度。在另一个实施例中，第二宽度91为约4.4μm。作为一个示例，ESD保护结构延伸部231可以被实施成硅多模脊形波导，并且可以具有约4.4μm的宽度。
波导20可以是图1的波导120的特定实施方式，并且可以是之前描述的那样。波导20可以包括平行区域和锥形区域。例如，锥形区域可以具有锥形区域长度93，其被配置成绝热地将波导20光学耦合到次级波导70。在各种实施例中，锥形区域长度93在约125μm和约500μm之间。在一个实施例中，锥形区域长度为约250μm。从ESD保护结构延伸部231到锥形区域的起始部分测量的波导20的平行区域的平行区域长度94可以在约1μm和约20μm之间。然而，在其他实施例中，取决于给定应用的具体细节，平行区域长度94可以更大或更小。
波导20的平行区域的第一波导宽度95可以在约250nm和约500nm之间。在一个实施例中，第一波导宽度95为约350nm。在各种实施例中，波导20的锥形区域的端部的第二波导宽度96在约50nm和约150nm之间。在一个实施例中，第二波导宽度96为约80nm。在一些情况下，第一宽度90和第二波导宽度96可以是相当的尺寸。在各种实施例中，第二波导宽度96与第一宽度90的比率在约1:1和约1:3之间。在一个实施例中，第二波导宽度96与第一宽度90的比率为约1:1.25。在另一个实施例中，第二波导宽度96与第一宽度90的比率为约1:2.25。
次级波导70可以具有与波导20类似的特性。在一些实施例中，次级波导70是电绝缘的。在其他实施例中，次级波导70是非电绝缘的。在一个实施例中，次级波导70由氮化硅(Si3N4)形成。次级波导70可以比波导20宽。例如，次级波导70可以包括在约500nm和约1μm之间的次级波导宽度97。在一个实施例中，次级波导宽度97可以是约700nm。备选地，次级波导宽度97可以与第一波导宽度95相同或不同。波导的特定宽度可以取决于所使用的材料和所传输的光学信号的类型。
现在参考图2B和图2C，其示出了如图2A中所示的切片2B和2C的截面图。如所示的，波导20和ESD保护结构230被形成在基板10上。基板10可以包括绝缘层11和半导体层12。在一个实施例中，基板10是绝缘体上硅(SOI)晶片，绝缘层11是二氧化硅(SiO2)，半导体层是元素硅(Si)。备选地，基板10可以是硅晶片、蓝宝石上硅(SOS)晶片、III-V族半导体晶片、碳化硅(SiC)晶片或任何其他类型的合适晶片，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。另外，绝缘层11可以被形成在体基板上或其中。例如，绝缘层11可以是埋置氧化物(BOX)结构。
如图2B中所示，波导20可以被实施成在平行区域中的脊形波导。波导20可以被包层80包围，包层80由折射率低于波导20的材料形成。包层80可以包括几个电介质层。例如，包层80可以包括交替的厚电介质层82和薄电介质层84。备选地，包层80可以仅由厚电介质层或仅由薄电介质层形成。在一些情况下，包层80可以由单个电介质层代替。在一个实施例中，厚电介质层82由二氧化硅(SiO2)形成。在一个实施例中，薄电介质层84由氮化硅(Si3N4)形成。
现在参考图2C，如所示的，波导20可以被实施成锥形区域中的条形波导。包层80在锥形区域中可以不同，并且在次级波导70与波导20重叠的区域中也可以不同。例如，如所示的，在次级波导70周围可以包括附加的厚电介质层82和薄电介质层84。应当注意，各种厚电介质层82可以具有不同的厚度并且由不同的材料构成。类似地，薄电介质层84的组成或尺寸不需要相同。
图3图示了根据本发明的一个实施例的示例OIC系统的示意图，该OIC系统包括与多个波导直接接触的ESD保护结构。
参考图3，OIC系统300包括OIC装置302。包括OIC装置302的OIC系统300可以是其他实施例OIC系统和OIC装置(例如，诸如参考图1所描述的包括OIC装置102的OIC系统100)的特定实施方式。类似标记的元件可以是如之前所描述的那样。
OIC装置302包括多个波导321，多个波导321被光学耦合到多个次级波导371。如所示的，多个波导321包括第一波导22和达第n个波导23的附加波导。类似地，如所示的，多个次级波导371包括：第一次级波导72，被光学耦合到第一波导22；以及达第n个次级波导73的附加的次级波导。多个波导321中的波导中的每个波导可以类似于如之前所描述的图2A的波导20。以相同的方式，多个次级波导371中的每个次级波导可以类似于如之前所描述的图2A的次级波导70。
多个次级波导371中的每个次级波导可以被光学耦合到光学连接件13，光学连接件13被连接到外部电路14。ESD保护结构330与多个波导321中的每个波导直接接触，并且被电耦合到多个波导321中的每个波导。如所描述的，ESD保护结构330还通过ESD二极管50而被电耦合到接地连接件56。
ESD保护结构330可以围绕OIC装置302的周边延伸。在一个实施例中，ESD保护结构330由完全包围OIC装置302的元素硅(Si)形成。备选地，ESD保护结构330可以与围绕OIC装置302的另一种材料电接触。例如，由光学不透明的导电材料形成的密封环可以被设置为围绕OIC装置302的周边。例如，密封环可以在BEOL工艺期间形成，并且可以优选作为BEOL密封环。ESD保护结构330可以部分地或完全地围绕OIC装置302延伸，并且被电耦合到BEOL密封环。在一个实施例中，ESD保护结构330被电耦合到由金属形成的BEOL密封环。
图4A和图4B图示了根据本发明的一个实施例的两个示例OIC系统的示意图，该OIC系统包括ESD保护结构，该ESD保护结构被设置为沿着OIC装置的周边并且与四个波导直接接触，其中图4A图示了被绝热耦合到四个次级波导的四个波导，并且其中图4B图示了被绝热耦合到外部内插器的波导的四个波导。
参考图4A，OIC装置402包括与四个波导22、24、26和28直接接触的ESD保护结构430。OIC装置402可以是其他实施例OIC装置(例如，诸如参考图3所描述的OIC装置302)的特定实施方式。类似标记的元件可以是如之前所描述的那样。
如所示的，OIC装置402包括四个次级波导72、74、76和78，其被设置在腔15中并且被光学耦合到对应的波导22、24、26和28。四个次级波导72、74、76和78可以被设置在腔15的外表面附近，以便于外部光学耦合到诸如外部内插器。备选地，可以省略四个次级波导72、74、76和78，并且波导22、24、26和28可以被设置在腔的外表面附近并且被直接光学耦合到外部内插器。波导22、24、26和28中的每个波导可以类似于如之前所描述的图2A的波导20。以相同的方式，次级波导72、74、76和78中的每个次级波导可以类似于如之前所描述的图2A的次级波导70。
腔15可以是形成在BEOL金属层内的中空区域，并且可以促进OIC装置402与外部电路的光学耦合。例如，OIC装置402可以是光子芯片，并且可以被光学耦合到腔15的区域中的外部介质、内插器或支撑结构。腔可以具有几微米的深度。例如，腔15的深度可以在约1μm和约5μm之间。在一个实施例中，腔15的深度为约3μm。
ESD保护结构430可以是图3的ESD保护结构330的特定实施方式，并且可以如之前所描述的那样。例如，如所示的，ESD保护结构430可以被设置为沿着OIC装置402的周边和腔15的边界。在一个实施例中，OIC装置402是光子芯片，并且ESD保护结构430沿着光子芯片的边缘延伸。ESD保护结构430可以完全围绕对ESD事件敏感的OIC装置的OIC。在一个实施例中，ESD保护结构430由元素硅(Si)形成。在一个实施例中，使用单模波导来实施ESD保护结构430。在另一个实施例中，使用多模波导来实施ESD保护结构430。
现在参考图4B，OIC装置403包括与四个波导22、24、26和28直接接触的ESD保护结构430。除了四个波导22、24、26和28被绝热耦合到外部内插器17而不是次级波导之外，OIC装置403可以与OIC装置402类似。外部内插器17可以包括被耦合到光学连接件13的一个或多个波导。OIC装置403可以是其他实施例OIC装置(例如，诸如参考图3所描述的OIC装置302)的特定实施方式。类似标记的元件可以是如之前所描述的那样。
图5图示了根据本发明的一个实施例的示例OIC系统的示意图，该OIC系统包括：与四个波导直接接触的第一ESD保护结构以及不直接接触四个波导的第二ESD保护结构。
参考图5，OIC装置502包括：与四个波导22、24、26和28直接接触的第一ESD保护结构532以及不直接接触四个波导22、24、26和28的第二ESD保护结构534。例如，OIC装置502可以是其他实施例OIC装置(例如，诸如参考图3所描述的OIC装置302)的特定实施方式。类似标记的元件可以是如之前所描述的那样。
第一ESD保护结构532可以是图4B的ESD保护结构430的特定实施方式，并且可以如之前所描述的那样。第二ESD保护结构534可以由光学不透明的导电材料形成。例如，第二ESD保护结构534可以围绕OIC装置502并且可以被称为密封环。例如，密封环可以在BEOL工艺期间形成，并且可以优选作为BEOL密封环。
第一ESD保护结构532可以具有第一ESD宽度98。第一ESD宽度98可以基本恒定，或者可以在OIC装置502的周边的不同区域中变化。在一个实施例中，第一ESD宽度98为约400纳米。例如，第一ESD保护结构532可以被实施成硅单模波导，并且可以具有约400nm的宽度。在另一个实施例中，第一ESD宽度98为约1.8μm。例如，第一ESD保护结构532可以被实施成硅单模波导，并且可以具有约1.8μm的宽度。在其他实施例中，第一ESD宽度98在约2μm和约5μm之间。在一个实施例中，第一ESD宽度98为约3μm。在另一个实施例中，第一ESD宽度98为约4.4μm。
第二ESD保护结构534可以具有第二ESD宽度99。第二ESD宽度99可以与第一ESD宽度98相同或不同。在各种实施例中，第二ESD宽度99大于第一ESD宽度99。在一个实施例中，第二ESD宽度99为约1μm。备选地，第二ESD宽度99小于或等于约10μm，并且在一个实施例中为约10μm。
如图5中所示，OIC装置502的一部分516包括第一波导22和第二波导24，第一波导22和第二波导24两者都与第一ESD保护结构532直接接触并且被电耦合到第一ESD保护结构532。然而，如所图示的，第一波导22在波导的锥形端部以及波导的侧部处直接接触第一ESD保护结构532，而第二波导24仅在波导的锥形端部处直接接触第一ESD保护结构532。以这种方式，可以基于给定应用的几何形状以不同方式实现波导和ESD保护结构之间的电耦合。
在该特定示例中，第一ESD保护结构跟随腔15的边缘，直到到达第一波导22。第一波导22由非电绝缘材料形成，因此提供到第一波导22的锥形端部的非绝缘通路，其中第一ESD保护结构532再次与第一波导22接触。诸如第二波导24的内部波导中的每个内部波导仅在波导的锥形端部处与第一ESD保护结构532直接接触。由于第四波导28位于腔15的边缘处，因此其以与第一波导22类似的方式与第一ESD保护结构532直接接触。
图6A、图6B、图6C、图6D、图6E和图6F图示了根据本发明的一个实施例的示例OIC系统的一部分的示意图，该OIC系统包括：与第一波导和第二波导直接接触的第一ESD保护结构以及不直接接触第一波导或第二波导的第二ESD保护结构，其中图6A图示了该部分的俯视图，并且其中图6B-图6F图示了该部分的截面图。
参考图6A，OIC装置的部分616包括第一ESD保护结构632，第一ESD保护结构632与第一波导22和第二波导24直接接触。OIC装置的部分616可以是OIC装置的其他实施例部分(例如，诸如参考图5所描述的OIC装置502的部分516)的特定实施方式。类似标记的元件是如之前所描述的那样。
如所示的，第一ESD保护结构632包括ESD保护结构延伸部631，ESD保护结构延伸部631直接接触第一波导22的侧部区域。例如，第一ESD保护结构632可以是图5的第一ESD保护结构532的特定实施方式。除了第一ESD保护结构632的第一宽度90和第二宽度91之外，可以限定第三宽度92，第三宽度92表示波导之间的区域中的第一ESD保护结构632的宽度。在各种实施例中，第三宽度92与第二宽度91基本类似。在各种实施例中，第三宽度92在约250nm和约500μm之间。在一个实施例中，第三宽度92为约400nm。在其他实施例中，第三宽度92在约500nm和约2μm之间。在一个实施例中，第三宽度92为约1.8μm。
例如，如所图示的，第一ESD保护结构632的宽度在第一波导22和第二波导24之间可以增加。备选地或附加地，第一ESD保护结构632的宽度可以在第一次级波导72和第二次级波导74之间增加。这可以有利地使得能够更可靠地制造第一ESD保护结构632，同时保持由第一波导22和第二波导24传输的光学信号的完整性。例如，由给定的OIC装置的波导传输的光学信号可能受到波导附近的厚结构的影响。然而，在不在波导附近的波导之间的区域中，厚结构不会影响光学信号。
OIC装置的部分616还包括第二ESD保护结构634，第二ESD保护结构634越过第一波导22、第二波导24和ESD保护结构延伸631。第二ESD保护结构634可以是图5的第二ESD保护结构534的特定实施方式，并且可以是如之前所描述的那样。
现在参考图6B-图6F，其示出了如图6A中指示的切片6B、6C、6D、6E和6F的截面图。与图2的OIC系统200相比，第二ESD保护结构634在第一波导22和第二波导24之上延伸。第二ESD保护结构634包括一个或多个金属层42。金属层42可以在BEOL工艺中形成，并且可以包括几微米的用于电信号的路由。在各种实施例中，金属层42可以包括以下金属的任何组合，诸如铜(Cu)、铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、钯(Pd)、钨(W)、钛(Ti)、锌(Zn)、锡(Sn)、铅(Pb)等。在一个实施例中，金属层42包括元素铜(Cu)。在一个实施例中，金属层42包括元素铝(Al)。各个金属层42的组成或厚度不需要相同。
第二ESD保护结构634可以使用可选的接触部40来与基板10的半导体表面和/或第一ESD保护结构632电接触。接触部40可以包括导电材料，诸如金属、金属合金、多晶硅等。在第一ESD保护结构632由元素硅(Si)形成的特定示例中，可以包括可选的硅化物层44以便于接触部40和硅之间的电耦合。
第二ESD保护结构634可以包括开口46，以允许为包层80提供空间。包层80可以足够大，以防止由通过第一波导22和第二波导24传播的光学信号产生的渐逝波的散射。由于开口46不直接接触第一波导22或第二波导24，所以电荷不能从波导流到第二ESD保护结构634。相反，第一ESD保护结构632被电耦合到第一波导22和第二波导24，并且可以将电荷传导离开波导。因此，在没有第一ESD保护结构632的情况下，可能存在电荷通过波导进入OIC装置的通路。第一ESD保护结构632有利地允许电荷(例如在ESD事件期间)从波导被分流到接地连接件。
如图6D和图6E所示，第二ESD保护结构634不在波导的锥形区域中的第一波导22和第二波导24之上延伸。在图6F中还示出了锥形区域内部中的第一波导22的截面图，其中既不存在第一ESD保护结构632，也不存在第二ESD保护结构634。在该区域中，第一波导22完全被包层80和绝缘层11包围，并且基本上是电隔离的。
图7A、图7B、图7C、图7D和图7E图示了根据本发明的一个实施例的另一个示例OIC系统的一部分的示意图，该OIC系统包括：与第一波导和第二波导直接接触的第一ESD保护结构以及不直接接触第一波导或第二波导的第二ESD保护结构，其中图7A图示了该部分的俯视图，图7B-图7E图示了该部分的截面图。
参考图7A，OIC装置的部分716包括第一ESD保护结构732，第一ESD保护结构732与第一波导22和第二波导24直接接触。如所示的，第一ESD保护结构732还包括ESD保护结构延伸部731，ESD保护结构延伸部731直接接触第一波导22的侧部区域。OIC装置的部分716可以是OIC装置的其他实施例部分(例如，诸如参考图5所描述的OIC装置502的部分516)的特定实施方式。类似标记的元件是如之前所描述的那样。
除了部分716包括越过第一波导22和第二波导24的锥形端部以及第一次级波导72和第二次级波导74的第二ESD保护结构734之外，OIC装置的部分716与图6A的部分616类似。第二ESD保护结构734可以是图5的第二ESD保护结构534的特定实施方式，并且可以是如之前所描述的那样。应当注意，尽管第二ESD保护结构734被图示出为比第一ESD保护结构732宽，但是不一定是这种情况。取决于给定应用的具体细节，第二ESD保护结构734还可以与第一ESD保护结构732基本相同或者更薄。
现在参考图7B-图7E，其示出了如图7A中所指示的切片7B、7C、7D和7E的截面图。与图2的OIC系统200和图6的OIC装置的部分616相比，第二ESD保护结构734在第一次级波导72和第二次级波导74以及第一波导22和第二波导24之上延伸。第二ESD保护结构734包括可以是如之前所描述的那样的一个或多个金属层42。
图8图示了根据本发明的一个实施例的制造OIC装置的方法。方法800可以用于制造如本文所描述的任何OIC装置。例如，方法800可以用于制造如参考图5所描述的OIC装置502。方法800的以下步骤可以以任何顺序执行，并且不旨在是穷举的。可以对方法800添加附加步骤，并且可以从方法800中去除一个或多个步骤，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。方法800的步骤不一定顺序地执行，并且方法800的任何数目的步骤可以并发执行。
制造OIC装置的步骤801包括提供基板。在各种实施例中，基板可以是电绝缘的。例如，基板可以是SOI基板、SOS基板或任何合适的基板。在一个实施例中，基板是包括电绝缘BOX结构的体硅基板。
制造OIC装置的步骤802包括在基板之上形成一个或多个波导。波导可以被配置成被光学连接到外部光学电路。例如，波导中的每个波导可以具有折射率n1，并且被光学连接到具有折射率n2的对应的次级波导，该次级波导被配置成被光学耦合到在外部内插器上的具有折射率n3的波导。波导材料可以被选择使得折射率满足n1>n2>n3并且实现绝热耦合。
在各种实施例中，一个或多个波导可以是非电绝缘的。例如，在一个实施例中，一个或多个波导由元素硅(Si)形成。一个或多个波导可以被配置成传输一个或多个光学信号。在一个实施例中，次级波导是氮化硅(Si3N4)。外部内插器的波导可以由聚合物或玻璃形成。
制造OIC装置的步骤803包括在基板之上形成ESD保护结构，该ESD保护结构与一个或多个波导直接接触并且被电耦合到一个或多个波导。在各种实施例中，ESD保护结构是非电绝缘的。在一些实施例中，ESD保护结构对于一个或多个光学信号基本光学透明。在一个实施例中，ESD保护结构由与一个或多个波导相同的材料形成。在一个实施例中，步骤802和步骤803并发执行。
制造OIC装置的步骤804包括形成ESD二极管，ESD二极管具有阴极，该阴极被电耦合到ESD保护结构。ESD二极管可以在基板上或基板中。可以在步骤805中形成接地连接件，该接地连接件被电耦合到ESD二极管的阳极。可以在形成ESD保护结构之前、期间或之后的任何时间形成接地连接件和ESD二极管。例如，步骤804和805可以并发地并且在步骤802和803之前执行。步骤的确切时序可以取决于给定应用的具体细节。
在各种实施例中，ESD保护结构可以被设置为沿着OIC装置的周边。在一个实施例中，ESD保护结构完全围绕OIC装置，并且可以被称为光学密封环。可选地，可以在基板之上形成第二ESD保护结构。例如，可以在BEOL工艺期间形成第二ESD保护结构。在各种实施例中，第二ESD保护结构由金属或金属的组合形成。在一个实施例中，第二ESD保护结构包括元素铜(Cu)。在一个实施例中，第二ESD保护结构包括元素铝(Al)。第二ESD保护结构可以沿着OIC装置的周边延伸。在一个实施例中，第二ESD保护结构完全围绕OIC装置，并且可以被称为密封环或BEOL密封环，以便将其与光学密封环区分开。
这里总结本发明的示例实施例。从本说明书的全部以及本文提交的权利要求中还可以理解其他实施例。
示例1.一种光学集成电路装置，包括：电绝缘基板；光学连接件，被设置在光学集成电路的边界处，光学连接件包括第一波导，其中第一波导被设置在电绝缘基板上并且被配置成传输光学信号；第一静电放电(ESD)保护结构，与第一波导直接接触并且被电耦合到第一波导，第一ESD保护结构是非电绝缘的，并且对光学信号基本光学透明；ESD二极管，包括阳极和阴极，阴极被电耦合到第一ESD保护结构；以及接地连接件，被电耦合到ESD二极管的阳极。
示例2.根据示例1的装置，其中第一波导是硅波导。
示例3.根据示例1和2中的一个示例的装置，其中光学连接件包括第二波导，第二波导被光学地且绝热地耦合到第一波导的一部分。
示例4.根据示例1至3中的一个示例的装置，其中第一ESD保护结构被设置为围绕光学集成电路装置的周边，并且其中第一ESD保护结构形成闭环。
示例5.根据示例1至4中的一个示例的装置，还包括：覆盖电绝缘基底的一个或多个后段(BEOL)层；以及在一个或多个BEOL层中的腔，其中第一波导的一部分被设置在腔中。
示例6.根据示例1至5中的一个示例的装置，还包括第二ESD保护结构，第二ESD保护结构被设置为围绕光学集成电路装置的周边，其中第二ESD保护结构是导电的，并且对光学信号基本光学不透明；第二ESD保护结构包括第一波导穿过的开口；并且第二ESD保护结构形成闭环。
示例7.根据示例1至6中的一个示例的装置，其中第一ESD保护结构的一部分的宽度小于200nm；该宽度是沿着与光学信号的传播方向平行的方向测量的；并且第一ESD保护结构的该一部分直接接触第一波导。
示例8.一种制造光学集成电路装置的方法，方法包括：提供电绝缘基板；在电绝缘基板之上形成第一波导，其中第一波导被配置成传输光学信号；在电绝缘基板之上形成第一静电放电(ESD)保护结构，第一ESD保护结构与第一波导直接接触并且被电耦合到第一波导，其中第一ESD保护结构是非电绝缘的，并且对光学信号基本光学透明；在电绝缘基板处形成ESD二极管，其中ESD二极管的阴极被电耦合到第一ESD保护结构；以及在电绝缘基板处形成接地连接件，接地连接件被电耦合到ESD二极管的阳极。
示例9.根据示例8的方法，其中第一波导是硅波导。
示例10.根据示例8和9中的一个示例的方法，还包括形成第二波导，该第二波导被光学地且绝热地耦合到第一波导的一部分。
示例11.根据示例8至10中的一个示例的方法，其中形成第一ESD保护结构包括：将第一ESD保护结构形成为围绕光学集成电路装置的周边的闭环。
示例12.根据示例8至11中的一个示例的方法，还包括：在电绝缘基底之上形成一个或多个后段(BEOL)层；以及在BEOL层中形成腔，其中第一波导的一部分被设置在腔中。
示例13.根据示例8至12中的一个示例的方法，还包括：将第二ESD保护结构形成为围绕光学集成电路装置的周边的闭环，第二ESD保护结构包括第一波导穿过的开口，其中第二ESD保护结构是导电的，并且对光学信号基本光学不透明。
示例14.根据示例8至13中的一个示例的方法，其中第一ESD保护结构的一部分的宽度小于200nm；该宽度是沿着与光学信号的传播方向平行的方向测量的；并且第一ESD保护结构的该一部分直接接触第一波导。
示例15.一种系统，包括：电绝缘基底；光学集成电路(OIC)，被设置在电绝缘基板之上；多个波导，被设置在电绝缘基板之上并被光学耦合到OIC，多个波导被配置成传输多个光学信号，其中多个波导包括第一波导和第二波导；外部电路，被光学耦合到多个波导；第一密封环，被设置为围绕OIC的周边，其中第一密封环包括第一部分，第一部分与多个波导中的每个波导直接接触并且被电耦合到多个波导中的每个波导，第一部分是非电绝缘的并且对多个光学信号基本光学透明，并且第一密封环包括第二部分，第一部分和第二部分形成闭环；ESD二极管，包括阳极和阴极，阴极被电耦合到第一密封环；以及接地连接件，被电耦合到ESD二极管的阳极。
示例16.根据示例15的系统，其中第一密封环的第二部分是电绝缘的并且对多个光学信号基本光学透明。
示例17.根据示例15和16中的一个示例的系统，还包括第二密封环，第二密封环被设置为围绕OIC的周边，其中第二密封环是导电的并且对多个光学信号基本光学不透明，第二密封环包括多个开口，其中多个波导中的每个波导穿过多个开口上的相应的开口，并且第二密封环形成闭环。
示例18.根据示例17的系统，其中第一密封环被电耦合到第二密封环。
示例19.根据示例15至18中的一个示例的系统，其中多个波导中的第一波导在第一方向上与多个波导中的第二波导间隔开，第一密封环的第一部分的第一区域与第一波导直接接触，第一区域包括在与第一方向垂直的第二方向上测量的第一宽度，第一密封环的第一部分的第二区域与第二波导直接接触，第二区域包括在第二方向上测量的第二宽度，第一密封环的第一部分的第三区域被设置在第一区域和第二区域之间，第三区域包括在第二方向上测量的第三宽度，第一宽度和第二宽度小于200nm，并且第三宽度大于200nm。
示例20.根据示例19的系统，其中第一宽度和第二宽度是约180nm并且第三宽度是约1μm。
虽然已经参考说明性实施例描述了本发明，但本说明书并不旨在以限制意义来解释。在参考本说明书时，说明性实施例的各种修改和组合以及本发明的其他实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，所附权利要求旨在涵盖任何这种修改或实施例。

Claims (20)

1.一种光学集成电路装置，包括：
电绝缘基板；
光学连接件，被设置在所述光学集成电路的边界处，所述光学连接件包括第一波导，其中所述第一波导被设置在所述电绝缘基板上并且被配置成传输光学信号；
第一静电放电保护结构，与所述第一波导直接接触并且被电耦合到所述第一波导，所述第一静电放电保护结构是非电绝缘的，并且对所述光学信号基本光学透明；
静电放电二极管，包括阳极和阴极，所述阴极被电耦合到所述第一静电放电保护结构；以及
接地连接件，被电耦合到所述静电放电二极管的所述阳极。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一波导是硅波导。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述光学连接件包括第二波导，所述第二波导被光学地且绝热地耦合到所述第一波导的一部分。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一静电放电保护结构被设置为围绕所述光学集成电路装置的周边，并且其中所述第一静电放电保护结构形成闭环。
5.根据权利要求1所述的装置，还包括：
一个或多个后段层，覆盖所述电绝缘基板；以及
腔，在所述一个或多个后段层中，其中所述第一波导的一部分被设置在所述腔中。
6.根据权利要求1所述的装置，还包括第二静电放电保护结构，所述第二静电放电保护结构被设置为围绕所述光学集成电路装置的周边，其中：
所述第二静电放电保护结构导电并且对所述光学信号基本光学不透明；
所述第二静电放电保护结构包括开口，所述第一波导穿过所述开口；并且
所述第二静电放电保护结构形成闭环。
7.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述第一静电放电保护结构的一部分的宽度小于200nm；
所述宽度是沿着与所述光学信号的传播方向平行的方向测量的；以及
所述第一静电放电保护结构的所述一部分直接接触所述第一波导。
8.一种制造光学集成电路装置的方法，所述方法包括：
提供电绝缘基板；
在所述电绝缘基板之上形成第一波导，其中所述第一波导被配置成传输光学信号；
在所述电绝缘基板之上形成第一静电放电保护结构，所述第一静电放电保护结构与所述第一波导直接接触并且被电耦合到所述第一波导，其中所述第一静电放电保护结构是非电绝缘的，并且对所述光学信号基本光学透明；
在所述电绝缘基板处形成静电放电二极管，其中所述静电放电二极管的阴极被电耦合到所述第一静电放电保护结构；以及
在所述电绝缘基板处形成接地连接件，所述接地连接件被电耦合到所述静电放电二极管的阳极。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一波导是硅波导。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括：
形成第二波导，所述第二波导被光学地且绝热地耦合到所述第一波导的一部分。
11.根据权利要求8所述的方法，其中形成所述第一静电放电保护结构包括：将所述第一静电放电保护结构形成为围绕所述光学集成电路装置的周边的闭环。
12.根据权利要求8所述的方法，还包括：
在所述电绝缘基板之上形成一个或多个后段层；以及
在所述后段层中形成腔，其中所述第一波导的一部分被设置在所述腔中。
13.根据权利要求8所述的方法，还包括：
将第二静电放电保护结构形成为围绕所述光学集成电路装置的周边的闭环，所述第二静电放电保护结构包括开口，所述第一波导穿过所述开口，其中所述第二静电放电保护结构导电并且对所述光学信号基本光学不透明。
14.根据权利要求8所述的方法，其中：
所述第一静电放电保护结构的一部分的宽度小于200nm；
所述宽度是沿着与所述光学信号的传播方向平行的方向测量的；以及
所述第一静电放电保护结构的所述一部分直接接触所述第一波导。
15.一种光学集成电路系统，包括：
电绝缘基板；
光学集成电路，被设置在所述电绝缘基板之上；
多个波导，被设置在所述电绝缘基板之上并且被光学耦合到所述光学集成电路，所述多个波导被配置成传输多个光学信号，其中所述多个波导包括第一波导和第二波导；
外部电路，被光学耦合到所述多个波导；
第一密封环，被设置为围绕所述光学集成电路的周边，其中：
所述第一密封环包括第一部分，所述第一部分与所述多个波导中的每个波导直接接触并且被电耦合到所述多个波导中的每个波导，
所述第一部分是非电绝缘的，并且对所述多个光学信号基本光学透明；并且
所述第一密封环包括第二部分，所述第一部分和所述第二部分形成闭环；
静电放电二极管，包括阳极和阴极，所述阴极被电耦合到所述第一密封环；以及
接地连接件，被电耦合到所述静电放电二极管的所述阳极。
16.根据权利要求15所述的光学集成电路系统，其中所述第一密封环的所述第二部分是非电绝缘的并且对所述多个光学信号基本光学透明。
17.根据权利要求15所述的光学集成电路系统，还包括第二密封环，所述第二密封环被设置为围绕所述光学集成电路的所述周边，其中：
所述第二密封环导电并且对所述多个光学信号基本光学不透明，
所述第二密封环包括多个开口，其中所述多个波导中的每个波导穿过所述多个开口上的相应开口，并且
所述第二密封环形成闭环。
18.根据权利要求17所述的光学集成电路系统，其中所述第一密封环被电耦合到所述第二密封环。
19.根据权利要求15所述的光学集成电路系统，其中：
所述多个波导中的第一波导在第一方向上与所述多个波导的第二波导间隔开，
所述第一密封环的所述第一部分的第一区域与所述第一波导直接接触，所述第一区域包括在与所述第一方向垂直的第二方向上测量的第一宽度，
所述第一密封环的所述第一部分的第二区域与所述第二波导直接接触，所述第二区域包括在所述第二方向上测量的第二宽度，
所述第一密封环的所述第一部分的第三区域被设置在所述第一区域和所述第二区域之间，所述第三区域包括在所述第二方向上测量的第三宽度，
所述第一宽度和所述第二宽度小于200nm，并且
所述第三宽度大于200nm。
20.根据权利要求19所述的光学集成电路系统，其中所述第一宽度和所述第二宽度为180nm，并且所述第三宽度为1μm。
CN201910607514.6A 2018-07-05 2019-07-04 光学集成电路系统、装置和制造方法 Active CN110691458B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/028,263 2018-07-05
US16/028,263 US10262984B1 (en) 2018-07-05 2018-07-05 Optical integrated circuit systems, devices, and methods of fabrication

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110691458A CN110691458A (zh) 2020-01-14
CN110691458B true CN110691458B (zh) 2023-03-28

Family

ID=66098729

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201921035103.6U Withdrawn - After Issue CN210725464U (zh) 2018-07-05 2019-07-04 光学集成电路装置和系统
CN201910607514.6A Active CN110691458B (zh) 2018-07-05 2019-07-04 光学集成电路系统、装置和制造方法

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201921035103.6U Withdrawn - After Issue CN210725464U (zh) 2018-07-05 2019-07-04 光学集成电路装置和系统

Country Status (2)

Country Link
US (2) US10262984B1 (zh)
CN (2) CN210725464U (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10262984B1 (en) * 2018-07-05 2019-04-16 Stmicroelectronics S.R.L. Optical integrated circuit systems, devices, and methods of fabrication
CN112180501A (zh) * 2019-07-04 2021-01-05 上海新微技术研发中心有限公司 硅基光耦合结构、硅基单片集成光器件及其制造方法
US11531159B2 (en) * 2020-06-19 2022-12-20 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Optical waveguide apparatus and method of fabrication thereof
US11809000B2 (en) * 2021-03-19 2023-11-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Photonic integrated circuit and package structure
US11940659B2 (en) * 2021-08-30 2024-03-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Optical integrated circuit structure including edge coupling protective features and methods of forming same
FR3127825B1 (fr) * 2021-10-05 2023-08-25 Commissariat Energie Atomique Puce photonique

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201334640A (zh) * 2011-11-07 2013-08-16 Shocking Technologies Inc 保護電子組件防止靜電放電（ｅｓｄ）脈衝的系統
CN107567271A (zh) * 2017-08-31 2018-01-09 广东欧珀移动通信有限公司 静电防护装置、射频电路及电子设备
CN210725464U (zh) * 2018-07-05 2020-06-09 意法半导体股份有限公司 光学集成电路装置和系统

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6501136B1 (en) * 1997-09-16 2002-12-31 Winbond Electronics Corporation High-speed MOSFET structure for ESD protection
CN1685256B (zh) * 2001-10-30 2012-07-04 Hoya美国公司 使用光学功率横向传送的光学接合设备和方法
US7538986B2 (en) * 2004-11-10 2009-05-26 International Business Machines Corporation Multi-port cable for removable ESD/EOD protection for electronic devices
US7373042B2 (en) * 2006-07-28 2008-05-13 Infinera Corporation Polarization sorter
US20070280605A1 (en) * 2006-05-31 2007-12-06 Mendoza Edgar A Fiber bragg grating sensor interrogator and manufacture thereof
US7738753B2 (en) * 2008-06-30 2010-06-15 International Business Machines Corporation CMOS compatible integrated dielectric optical waveguide coupler and fabrication
FR2953607B1 (fr) * 2009-12-09 2012-05-18 Commissariat Energie Atomique Dispositif de couplage d'une onde electromagnetique entre un guide d'onde et un guide metallique a fente, procede de fabrication dudit dispositif
WO2013066325A1 (en) * 2011-11-02 2013-05-10 Intel Corporation Waveguide avalanche photodetectors
US10353224B2 (en) * 2013-06-09 2019-07-16 Electronic Photonic Ic Inc. (Epic Inc.) Optical signal processing devices with high device performances
US9618699B2 (en) * 2015-03-15 2017-04-11 Cisco Technology, Inc. Multilayer photonic adapter
US9786641B2 (en) * 2015-08-13 2017-10-10 International Business Machines Corporation Packaging optoelectronic components and CMOS circuitry using silicon-on-insulator substrates for photonics applications
US9891450B2 (en) * 2015-09-16 2018-02-13 Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas Integrated electro-optic modulator
US9933566B2 (en) * 2015-11-13 2018-04-03 Cisco Technology, Inc. Photonic chip with an evanescent coupling interface
US9632249B1 (en) * 2015-11-16 2017-04-25 International Business Machines Corporation Wafer prober for testing in-wafer photonic integrated circuits
FR3047811B1 (fr) * 2016-02-12 2018-03-16 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Modulateur des pertes de propagation et de l'indice de propagation d'un signal optique guide
US9806112B1 (en) * 2016-05-02 2017-10-31 Huawei Technologies Co., Ltd. Electrostatic discharge guard structure
IT201600088211A1 (it) * 2016-08-30 2018-03-02 St Microelectronics Srl Dispositivo elettronico a giunzione con ridotto tempo di recupero per applicazioni soggette al fenomeno del ricircolo della corrente e relativo metodo di fabbricazione
US10746923B2 (en) * 2018-06-27 2020-08-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Photonic semiconductor device and method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201334640A (zh) * 2011-11-07 2013-08-16 Shocking Technologies Inc 保護電子組件防止靜電放電（ｅｓｄ）脈衝的系統
CN107567271A (zh) * 2017-08-31 2018-01-09 广东欧珀移动通信有限公司 静电防护装置、射频电路及电子设备
CN210725464U (zh) * 2018-07-05 2020-06-09 意法半导体股份有限公司 光学集成电路装置和系统

Also Published As

Publication number Publication date
US10714468B2 (en) 2020-07-14
US10262984B1 (en) 2019-04-16
CN210725464U (zh) 2020-06-09
US20200013771A1 (en) 2020-01-09
CN110691458A (zh) 2020-01-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110691458B (zh) 光学集成电路系统、装置和制造方法
US20150097257A1 (en) Integrated waveguide structure with perforated chip edge seal
CN106170865A (zh) 具有透明导电和低折射率栅极的mos电容式光学调制器
CN107039350A (zh) 在cmos工艺中单片集成光子元件与电子元件
US11079540B2 (en) Semiconductor device
US8111443B1 (en) Plasmonic transistor
US11543688B2 (en) Waveguide component
CN112652668B (zh) 用于光电子芯片的沟基光学组件
US8304916B1 (en) Half-through vias for suppression of substrate modes
US6625367B2 (en) Optoelectronic device having a P-contact and an N-contact located over a same side of a substrate and a method of manufacture therefor
US7697799B2 (en) Light receiving device and optically interconnected LSI
WO2022066096A1 (en) Silicon photonic integrated chip device and fabricating method therefor
US10824044B2 (en) Mach-Zehnder modulator
US9054039B2 (en) Semiconductor device
US20240027798A1 (en) Lithium niobate on insulator (lnoi) vertically tapered optical waveguide and method of forming the same
US11307479B2 (en) Semiconductor device
US6908781B2 (en) Method and apparatus for protecting wiring and integrated circuit device
US20130313668A1 (en) Photronic device with reflector and method for forming
US10317769B2 (en) Semiconductor device
US10002883B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US20240111088A1 (en) Structure including hybrid plasmonic waveguide using metal silicide layer
US11435645B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
CN110989211B (zh) 带有梳状传输线的单片电光调制器
JP2018082036A (ja) 半導体装置
GB2370409A (en) Integrated optical devices

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant