CN114966978B - 具有氮化硅波导边缘耦合器的光子集成电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有氮化硅波导边缘耦合器的光子集成电路。一种光子集成电路包括：半导体衬底；掩埋绝缘体层，其定位在半导体衬底上方；后段制程(BEOL)绝缘体堆叠，其位于掩埋绝缘体层的第一部分上方。此外，PIC包括氮化硅(SiN)波导边缘耦合器，其定位在位于掩埋绝缘体层上方并且至少部分地位于BEOL绝缘体堆叠下方的第一区域中。氧化物层在BEOL绝缘体堆叠的侧面上方延伸。尽管位于各种BEOL层下方，SiN波导边缘耦合器提供比硅波导边缘耦合器更好的功率处理和制造容差。PIC还可以包括硅波导边缘耦合器。
Description
技术领域
本公开涉及光子集成电路(PIC)，更具体地涉及具有氮化硅波导边缘耦合器的PIC。
背景技术
光子集成电路用于许多应用中。光子芯片将光学部件(例如波导、耦合器、光电探测器等)和电子部件(例如由诸如场效应晶体管之类的基于互补金属氧化物半导体(CMOS)的元件组成的集成电路)集成到统一的平台中。光学部件形成在产品的光子区域中，而基于CMOS的集成电路形成在产品的CMOS区域中。在PIC的CMOS区域中，形成各种前段制程(FEOL)处理活动和结构(例如，晶体管、电容器、电阻器等)。FEOL结构不在光子区域中形成。此外，诸如互连导线和过孔之类的各种后段制程(BEOL)结构形成在CMOS区域中的绝缘材料层内。光子区域基本上没有与在CMOS区域中形成的导线和过孔类似的导线和过孔，但是在CMOS区域中形成的BEOL绝缘材料层和蚀刻停止层也形成在光子区域中。由于它们不同的折射率，光子区域中的BEOL绝缘层使得形成波导边缘耦合器以与将光信号传送到PIC的光纤光缆进行光通信具有挑战性。值得注意的是，形成具有最佳折射率匹配的绝缘材料以确保器件的最佳光学性能具有挑战性。硅波导边缘耦合器很常见，但它们具有功率处理和制造容差(fabrication tolerance)问题。
发明内容
本公开的一方面涉及一种光子集成电路，包括：半导体衬底；掩埋绝缘体层，其定位在所述半导体衬底上方；后段制程(BEOL)绝缘体堆叠，其位于所述掩埋绝缘体层的第一部分上方；氮化硅(SiN)波导边缘耦合器，其定位在位于所述掩埋绝缘体层上方并且至少部分地位于所述BEOL绝缘体堆叠下方的第一区域中；以及第一氧化物层，其在所述BEOL绝缘体堆叠的侧面(side)上方延伸。
本公开的另一方面包括一种光子集成电路，包括：半导体衬底；掩埋绝缘体层，其定位在所述半导体衬底上方；后段制程(BEOL)绝缘体堆叠，其位于所述掩埋绝缘体层的第一部分上方；氮化硅(SiN)波导边缘耦合器，其定位在位于所述掩埋绝缘体层上方并且至少部分地位于所述BEOL绝缘体堆叠下方的第一区域中；以及第一氧化物层，其在所述BEOL绝缘体堆叠的侧面上方延伸。
本公开的一方面涉及一种方法，包括：在半导体衬底上方的掩埋绝缘体层上方的半导体层中形成硅波导边缘耦合器；在所述半导体衬底上方的所述掩埋绝缘体层上方形成氮化硅波导边缘耦合器，其中后段制程(BEOL)绝缘体堆叠的至少一部分位于所述硅波导边耦合器和所述氮化硅波导边缘耦合器上方；在所述硅波导边缘耦合器、所述氮化硅波导边缘耦合器和所述BEOL绝缘体堆叠上方形成氧化物层；在所述硅波导边缘耦合器的端部处形成限定在所述半导体衬底中的V形槽；以及在所述氮化硅波导边缘耦合器的端部处形成限定在所述半导体衬底中的方形槽。
通过下面对本公开的实施例的更具体的描述，本公开的上述以及其他特征将变得显而易见。
附图说明
将参考以下附图详细地描述本公开的实施例，其中相同的参考标号表示相同的元素，并且其中：
图1示出了根据本公开的实施例的包括光子区域和CMOS区域的光子集成电路(PIC)的截面示意图。
图2示出了根据本公开的实施例的具有氮化硅(SiN)波导边缘耦合器的PIC的截面图。
图3示出了根据本公开的实施例的具有SiN波导边缘耦合器的PIC的沿图2中的视图线3-3截取的俯视图。
图4示出了根据本公开的实施例的在其光子区域中具有SiN波导边缘耦合器和硅(Si)波导边缘耦合器的PIC的截面图。
图5示出了根据本公开的实施例的Si波导边缘耦合器的截面图。
图6示出了根据本公开的实施例的具有Si波导边缘耦合器的PIC的沿图5中的视图线6-6截取的俯视图。
图7示出了根据本公开的另外的实施例的具有SiN波导边缘耦合器的PIC的截面图。
图8示出了根据本公开的再另外的实施例的具有SiN波导边缘耦合器的PIC的截面图。
图9示出了根据本公开的附加实施例的具有SiN波导边缘耦合器的PIC的截面图。
图10示出了根据本公开的实施例的用于形成具有SiN波导边缘耦合器的PIC的方法的初步结构的截面图。
图11示出了根据本公开的实施例的去除BEOL绝缘体堆叠的至少一部分的截面图。
图12示出了根据本公开的实施例的可选地形成湿气阻挡层(moisture barrierlayer)的截面图。
图13示出了根据本公开的实施例的形成氧化物层的截面图。
图14示出了根据本公开的实施例的用于形成用来安装SiN波导边缘耦合器的光纤光缆的方形槽的第一步骤的截面图。
图15示出了根据本公开的实施例的用于形成用来安装Si波导边缘耦合器的另一光纤光缆的V形槽的第二步骤的截面图。
应注意，本公开的附图不一定按比例绘制。附图仅旨在描绘本公开的典型方面，因此不应视为限制本公开的范围。在附图中，相似的标号表示附图之间相似的元素。
具体实施方式
在下面的描述中，参考了形成本发明一部分的附图，并且其中以图示的方式示出了可以实践本教导的特定示例性实施例。这些实施例的描述足够详细以使本领域技术人员能够实践本教导，应当理解，在不脱离本教导的范围的情况下，可以使用其他实施例并且可以进行更改。因此，以下描述仅是说明性的。
将理解，当诸如层、区域或衬底的元素被称为位于另一元素“上”或“上方”时，它可以直接地位于另一元素上、或者也可以存在中间元素。与此形成对比，当元素被称为“直接位于另一元素上”或“直接位于另一元素上方”时，不存在任何中间元素。还应当理解，当一个元素被称为“被连接”或“被耦接”到另一元素时，它可以被直接地连接或耦接到另一元素、或者可以存在中间元素。与此形成对比，当一个元素被称为“被直接连接”或“被直接耦接”到另一元素时，不存在任何中间元素。
说明书中对本公开的“一个实施例”或“实施例”及其的其他变型的提及意味着结合该实施例描述的特定特征、结构、特性等被包括在本公开的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”以及出现在说明书各处的任何其他变型不一定都指同一实施例。应当理解，例如在“A/B”、“A和/或B”以及“A和B中的至少一者”的情况下使用“/”、“和/或”和“至少一者”中的任一者旨在包含仅选择第一个列出的选项(a)、或仅选择第二个列出的选项(B)、或同时选择这两个选项(A和B)。作为其他示例，在“A、B和/或C”和“A、B和C中的至少一者”的情况下，这些短语旨在包含仅选择第一个列出的选项(A)、或仅选择第二个列出的选项(B)、或仅选择第三个列出的选项(C)、或仅选择第一个和第二个列出的选项(A和B)、或仅选择第一个和第三个列出的选项(A和C)、或仅选择第二个和第三个列出的选项(B和C)、或选择所有这三个选项(A和B和C)。如本领域普通技术人员显而易见的，该情况可扩展用于所列出的许多项。
参考图1，将在半导体衬底102上方形成光子集成电路(PIC)或光子芯片100。PIC100包括其中将形成有光学部件105(示意性示出)的光子区域104，以及其中将形成基于NFET和PFET晶体管的基于CMOS的集成电路107(示意性示出)的CMOS区域106。如本领域所理解的，CMOS区域106可操作地耦合到光子区域104中的波导边缘耦合器，例如本文将描述的氮化硅波导边缘耦合器122和/或硅波导耦合器150。衬底102可以具有多种配置，例如图1所示的绝缘体上半导体(SOI)。SOI衬底102包括基础半导体衬底108、定位在半导体衬底108上的掩埋绝缘体层110和定位在掩埋绝缘体层110上方的有源半导体层112，其中光学部件和基于CMOS的集成电路将被形成为邻近有源半导体层112、在有源半导体层112之中和之上。有源半导体层112和掩埋绝缘体层110的厚度可以根据特定应用而变化。有源半导体层112和半导体衬底108不需要由相同的半导体材料制成，但在一些应用中可能由相同的半导体材料制成。在一些应用中，有源半导体层112和半导体衬底108可以由硅制成，或者由除了硅之外的其他半导体材料制成。因此，术语“衬底”或“半导体衬底”应理解为涵盖所有半导体材料和此类材料的所有形式。掩埋绝缘体层110可以包括任何期望的绝缘材料，例如未掺杂的硅酸盐玻璃(USG)、二氧化硅(氧化物)等。
图2-9示出了PIC 100的光子区域104的一部分的各种实施例，其中波导边缘耦合器光学耦合到光纤光缆。
图2示出了PIC 100中的氮化硅波导边缘耦合器的一个实施例的截面图，图3示出了沿视图线3-3截取的图2的实施例的俯视图，图4示出了沿视图线4-4截取的图2的实施例的截面图。如关于图1所述，PIC 100包括半导体衬底108和定位在半导体衬底108上方的掩埋绝缘体层110。图2还示出了位于掩埋绝缘体层110的第一部分上方的后段制程(BEOL)绝缘体堆叠120。这里，有源半导体层112已被去除。BEOL绝缘体堆叠120可以包括多个绝缘体层(未单独示出)，这些绝缘体层典型地用于在CMOS区域106(图1)中制造BEOL互连层，但在光子区域104(图1和图2)中没有线或过孔金属连接。BEOL绝缘体堆叠120可以包括任何现在已知的或以后开发的层间电介质。合适的电介质材料包括但不限于：碳掺杂的二氧化硅材料；未掺杂的硅酸盐玻璃(USG)；硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)；氟化硅酸盐玻璃(FSG)；有机聚合物热固性材料；碳氧化硅；碳掺杂的氧化物(SiCOH)电介质；氟掺杂的氧化硅；旋涂玻璃；倍半硅氧烷，其中包括氢倍半硅氧烷(HSQ)、甲基倍半硅氧烷(MSQ)以及HSQ和MSQ的混合物或共聚物；基于苯并环丁烯(BCB)的聚合物电介质，以及任何含硅的低k电介质。为了描述的目的，BEOL绝缘体堆叠120可以包括BPSG层，即玻璃层。在任何情况下，BEOL绝缘体堆叠120包括这样的电介质：所述电介质的折射率使得在有源半导体层112(未在图2中)中使用硅波导边缘耦合器具有挑战性。根据需要，可以在BEOL绝缘体堆叠120上方形成其他BEOL层(未示出)，例如第一金属SICOH层。
根据本公开的PIC 100的实施例包括氮化硅(SiN)波导边缘耦合器122，与硅波导边缘耦合器相比，SiN波导边缘耦合器122提供了改善的与光纤光缆124的光通信。SiN波导边缘耦合器122定位在位于掩埋绝缘体层110上方并且至少部分地位于BEOL绝缘体堆叠120下方的光子区域104的第一区域中。SiN波导边缘耦合器122与光纤光缆124进行光通信。例如，光缆124和耦合器122可以彼此邻接以允许光信号从一者传递到另一者，或者可以通过穿过诸如氧化物的中间电介质材料的光信号进行光通信，如本文将描述的。(注意，尽管图2中的视图线4-4跨光纤光缆，但光缆124在图4中以虚线示出以说明波导边缘耦合器的端部)。在某些实施例中，PIC 100还可以包括位于SiN波导边缘耦合器122下方的氧化物层128(仅在图2中，不在图4中)，但是该附加层不是必需的。氧化物层128可以是与掩埋绝缘体层110和氧化物层130不同类型的氧化物。如图3所示，SiN波导耦合器122可以具有从光纤光缆124到与其光学耦合的整体氮化硅(SiN)波导126的倒锥形。
PIC 100还包括在BEOL绝缘体堆叠120的侧面132上方延伸的氧化物层130。在一个非限制性示例中，氧化物层130可以包括基于原硅酸四乙酯Si(OC2H5)4(TEOS)的二氧化硅(SiO2)。TEOS SiO2可以是有利的，因为它具有与掩埋绝缘体层110相匹配的折射率。
在图2和图3中，SiN波导边缘耦合器122在氧化物层130下方延伸到氧化物层130、掩埋绝缘体层110和半导体衬底108的外边缘134。在这种情况下，SiN波导边缘耦合器122与光纤光缆124直接接触。如图3所示，在水平平面中，SiN波导边缘耦合器122可以朝外边缘134并靠近光纤光缆124逐渐变细。在某些实施例中，PIC 100还可以包括位于氧化物层130和BEOL绝缘体堆叠120的侧面132之间的湿气阻挡层140。在某些实施例中，湿气阻挡层140还可以在氧化物层130和SiN波导边缘耦合器122之间延伸，从而与BEOL绝缘体堆叠120的侧面132上的部分形成L形。湿气阻挡层140例如可以包括光学兼容的湿气阻挡氮化物。该实施例可以省略在其他结构中设置的硅(Si)波导边缘耦合器150。
如图2所示，PIC 100还可以包括定位在SiN波导边缘耦合器122上方且在掩埋绝缘体层110上方(例如在BEOL绝缘体堆叠120或以后形成的绝缘体层中)的光学部件152。光学部件152可以包括任何形式的光学器件，包括但不限于第二波导、光耦合器和/或光电探测器。
如图4所示，PIC 100还可以包括限定在半导体衬底108中的方形槽144，光纤光缆124被定位在其中。虽然方形槽144被描述为“方形的”，但应该认识到，其一个或多个拐角可以至少部分地呈圆形。方形槽144被如此定义以将其与更常见的V形槽146区分开来，V形槽146可用于在光子区域104的其他区域中使用的硅(Si)波导边缘耦合器150。如图4所示，光纤光缆124可以定位在方形槽144中并且与SiN波导边缘耦合器122的端部进行光通信。也就是，方形槽144的尺寸被设定成定位光缆124的光纤芯与边缘耦合器122，因此光信号可以传送到光缆124和/或边缘耦合器122以及从光缆124和/或边缘耦合器122传送过来。光纤光缆124可以以任何现在已知的或以后开发的方式(例如折射率匹配的环氧树脂或聚合物148)而被固定在方形槽144中。
如图4-6所示，PIC 100还可以包括定位在位于掩埋绝缘体层110上方且在BEOL绝缘体堆叠120下方的第二区域中的Si波导边缘耦合器150。图5示出了PIC 100中的Si波导边缘耦合器150的一个实施例的截面图，图6示出了沿视图线5-5截取的图5的实施例的俯视图。如图所示，Si波导边缘耦合器150形成在由例如氧化物的浅沟槽隔离154隔离的半导体层112(图4、6)中。与SiN波导边缘耦合器122形成对比，PIC 100可以包括用于Si波导边缘耦合器150的限定在半导体衬底108中的V形槽146。另一光纤光缆156(在图4中由虚线示出)可以定位在V形槽146中并与Si波导边缘耦合器150进行光通信。光纤光缆156可以以任何现在已知的或以后开发的方式(例如折射率匹配的环氧树脂或聚合物148)被固定在V形槽146中。Si波导边缘耦合器150还可以可选地包括湿气阻挡层140(以虚线示出)
相对于BEOL堆叠120和氧化物层130的SiN波导边缘耦合器122的端部位置可以根据本公开的各种实施例而变化。图7示出了PIC 100的截面图，其中SiN波导边缘耦合器122被布置成与在图2-4中相同，但具有在氧化物层130和SiN波导边缘耦合器122之间延伸的低折射率电介质层160，而不是湿气阻挡层140(图2)。低折射率电介质层160可以包括例如在形成氧化物层130之前未被去除的BEOL绝缘体堆叠120的未掺杂二氧化硅玻璃(USG)、TEOS或BPSG。
图8示出了PIC 100的截面图，其中SiN波导边缘耦合器122完全被BEOL绝缘体堆叠120包围。SiN波导边缘耦合器122不延伸超出BEOL绝缘体堆叠120的侧面132。这里，光纤光缆124通过氧化物层130、湿气阻挡层140(如果设置)和BEOL绝缘体堆叠120的一部分与SiN波导边缘耦合器122进行光通信。这种布置假设中间电介质的折射率足以允许光通信。
图9示出了PIC 100的截面图，其中SiN波导边缘耦合器122包括从BEOL绝缘体堆叠120下方延伸到氧化物层130中的端部162，但没有到达掩埋绝缘体层110的边缘134。这里，光纤光缆124仅通过氧化物层130与SiN波导边缘耦合器122进行光通信。
图10-15示出了形成PIC 100的方法的实施例的截面图，更具体地，形成PIC 100的多个部分，涉及不同于常规处理的氧化物层130的形成以及V形槽146和方形槽144的形成。为了描述的目的，将在SiN波导边缘耦合器122和Si波导边缘耦合器150二者都存在的情况下描述本公开的实施例。然而，应该认识到，在需要时，可以省略Si波导边缘耦合器150的形成。
图10示出了初步结构，其包括在半导体衬底108上方的掩埋绝缘体层110上方的半导体层112中形成Si波导边缘耦合器150，以及在半导体衬底108上方的掩埋绝缘体层110上方形成SiN波导边缘耦合器122。每个波导边缘耦合器122、150可以使用任何现在已知的或以后开发的处理来形成。SiN波导边缘耦合器122示出为位于BEOL绝缘体堆叠120中，Si波导边缘耦合器150示出为位于半导体层112中并被STI 154包围。一般地，BEOL绝缘体堆叠120包括位于堆叠上方的氮化物层172(如图所示)，以及位于堆叠和掩埋绝缘体层110之间的另一氮化物蚀刻停止层。与传统技术形成对比，在图10所示之前去除位于BEOL绝缘体堆叠120和掩埋绝缘体层110之间的氮化物蚀刻停止层。可以在BEOL绝缘体堆叠120上方的氮化物帽172上方形成掩模170。掩模170暴露其中将形成槽144或146的区域。
图11示出了去除Si波导边缘耦合器150和SiN波导边缘耦合器122上方的BEOL绝缘体堆叠120的至少一部分(即，在稍后形成氧化物层130的位置处)。在某些实施例中，仅去除SiN波导边缘耦合器122和SiN波导边缘耦合器122上方的BEOL绝缘体堆叠120的一部分(在稍后形成氧化物层130的位置处)。注意，由于存在SiN波导边缘耦合器122，氮化物蚀刻停止层不是必需的。类似地，由于BEOL绝缘体堆叠120没有从耦合器上方完全去除，因此在Si波导边缘耦合器150上方氮化物蚀刻停止层不是必需的。如图5和图11所示，BEOL绝缘体堆叠120的一部分174可以保留在Si波导边缘耦合器150上方(在稍后形成氧化物层130的位置处)。在替代实施例中，氧化物层130可以接触Si波导边缘耦合器150。类似地，在某些实施例中，如图2、图8和图9所示，BEOL绝缘体堆叠120中没有一个保留在SiN波导边缘耦合器122上方(在稍后形成氧化物层130的位置处)。替代地，如图7所示，在某些实施例中，仅在Si波导边缘耦合器150和SiN波导边缘耦合器122上方(在稍后形成氧化物层130的位置处)去除BEOL绝缘体堆叠120的一部分。在保留部分BEOL绝缘体堆叠120的位置处，可以包括任何BEOL绝缘材料，例如低折射率电介质层160(图5和图7)。可以使用掩模170，通过任何适当的蚀刻(例如反应离子蚀刻)来执行该去除步骤。
图12示出了在去除BEOL绝缘体堆叠120之后，可选地邻近Si波导边缘耦合器150和邻近SiN波导边缘耦合器122至少在BEOL绝缘体堆叠120的侧面132之上形成湿气阻挡层140。在图12所示的步骤之前，可以使用任何适当的工艺(例如灰化工艺)去除掩模170。湿气阻挡层140可以例如使用任何适当的沉积技术沉积在结构之上，然后回蚀刻以形成图12中的结构。
图13示出了在Si波导边缘耦合器150、SiN波导边缘耦合器122和至少部分BEOL绝缘体堆叠120上方形成氧化物层130。可以使用任何合适的沉积技术(例如用于形成TEOS氧化物的技术)形成氧化物层130。
图14至图15示出了在硅波导边缘耦合器150的端部处形成限定在半导体衬底108中的V形槽146，以及在SiN波导边缘耦合器122的端部处形成限定在半导体衬底108中的方形槽144。如图14所示，可以通过蚀刻氧化物层130、STI 154和掩埋绝缘层10，并蚀刻以去除半导体衬底108，来形成方形槽144。可以对每个槽144、146使用不同的蚀刻工艺，例如用于方形槽144的高纵横比等离子体蚀刻，如循环各向同性蚀刻，以及用于V形槽146的结晶四甲基氢氧化铵(TMAH)蚀刻。如图14所示，穿过氧化物层130、STI 154和掩埋绝缘体层110的开口180可以与V形槽146一起形成。如图15所示，V形槽146可以通过额外的蚀刻去除半导体衬底108来形成，如2020年3月3日提交的共同未决的申请号为16/807,811(GF案卷号为LFIS016)的美国专利申请中所述，该申请通过引用并入本文中。
图5示出了将V形槽146中的光纤光缆156(图4)光学耦合到Si波导边缘耦合器150，并且图2和图7至图9中的任一个示出了将方形槽144中的光纤光缆124光学耦合到SiN波导边缘耦合器122。如前所述，可以使用环氧树脂或聚合物148。
本公开的实施例向用于与单片CMOS集成的光耦合的边缘提供SiN波导。
上述方法用于PIC的制造。所得到的PIC可以由制造商以原始晶片形式(即，作为具有多个未封装芯片的单个晶片)，作为裸芯或以封装形式分发。在后一种情况下，芯片以单芯片封装(例如塑料载体，其引线固定到主板或其它更高级别的载体)或多芯片封装(例如陶瓷载体，其具有表面互连和/或掩埋互连)的形式被安装。在任何情况下，芯片然后与其它芯片、分立电路元件和/或其它信号处理器件集成，作为(a)中间产品(例如主板)或(b)最终产品的一部分。产品可以是包括集成电路芯片的任何产品，从玩具和其它低端应用到具有显示器、键盘或其它输入设备以及中央处理器的高级计算机产品。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并不旨在限制本公开。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”规定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们构成的组的存在或者添加。“可选的”或“可选地”表示随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括事件发生的情况和事件不发生的情况。
在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言可以被用于修饰任何定量表示，该定量表示可以允许在不导致其相关的基本功能变化的情况下改变。因此，由诸如“约”、“近似”和“基本上”之类的一个或多个术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。在本文以及整个说明书和权利要求书中，范围限制可以被组合和/或互换，这样的范围被识别并且包括含在其中的所有子范围，除非上下文或语言另有说明。应用于范围的特定值的“近似”适用于两个值，并且除非另外取决于测量值的仪器的精度，否则可指示所述值的+/-10％。
以下权利要求中的所有装置或步骤加功能元件的对应结构、材料、动作和等同物旨在包括结合具体要求保护的其它要求保护的要素执行功能的任何结构、材料或动作。已经出于说明和描述的目的给出了对本公开的描述，但是该描述并不旨在是穷举的或将本公开限制于所公开的形式。在不脱离本公开的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。选择和描述实施例是为了最好地解释本公开的原理和实际应用，并且使本领域的其他技术人员能够理解本公开的具有适合于预期的特定用途的各种修改的各种实施例。
Claims (20)
1.一种光子集成电路PIC，包括：
半导体衬底；
掩埋绝缘体层，其定位在所述半导体衬底上方；
后段制程BEOL绝缘体堆叠，其位于所述掩埋绝缘体层的第一部分上方；
氮化硅SiN波导边缘耦合器，其定位在位于所述掩埋绝缘体层上方并且至少部分地位于所述BEOL绝缘体堆叠下方的第一区域中；以及
第一氧化物层，其邻近所述SiN波导边缘耦合器的端部在所述BEOL绝缘体堆叠的侧面上方延伸并具有与所述掩埋绝缘体层相匹配的折射率。
2.根据权利要求1所述的PIC，还包括：
在所述半导体衬底中限定的方形槽。
3.根据权利要求2所述的PIC，还包括：
硅波导边缘耦合器，其定位在位于所述掩埋绝缘体层上方并且位于所述BEOL绝缘体堆叠下方的第二区域中；以及
在所述半导体衬底中限定的V形槽。
4.根据权利要求1所述的PIC，其中所述SiN波导边缘耦合器完全被所述BEOL绝缘体堆叠包围。
5.根据权利要求1所述的PIC，其中所述SiN波导边缘耦合器的所述端部从所述BEOL绝缘体堆叠下方延伸到所述第一氧化物层中。
6.根据权利要求1所述的PIC，其中所述SiN波导边缘耦合器在所述第一氧化物层下方延伸到所述第一氧化物层、所述掩埋绝缘体层和所述半导体衬底的外边缘。
7.根据权利要求6所述的PIC，还包括位于所述第一氧化物层和所述BEOL绝缘体堆叠的所述侧面之间的湿气阻挡层。
8.根据权利要求7所述的PIC，其中所述湿气阻挡层还在所述第一氧化物层和所述SiN波导边缘耦合器之间延伸。
9.根据权利要求7所述的PIC，还包括在所述第一氧化物层和所述SiN波导边缘耦合器之间延伸的低折射率电介质层。
10.根据权利要求1所述的PIC，还包括位于所述SiN波导边缘耦合器和所述掩埋绝缘体层之间的第二氧化物层。
11.根据权利要求1所述的PIC，还包括定位在所述SiN波导边缘耦合器上方且在所述掩埋绝缘体层上方的光学部件，并且还包括互补金属氧化物半导体CMOS区域，所述互补金属氧化物半导体CMOS区域包括基于CMOS的集成电路，所述CMOS区域可操作地耦合到所述SiN波导边缘耦合器。
12.一种光子集成电路PIC，包括：
半导体衬底；
掩埋绝缘体层，其定位在所述半导体衬底上方；
后段制程BEOL绝缘体堆叠，其位于所述掩埋绝缘体层上方；
氮化硅SiN波导边缘耦合器，其位于所述掩埋绝缘体层上方并且至少部分地位于所述BEOL绝缘体堆叠下方；
氧化物层，其在邻近所述SiN波导边缘耦合器的所述BEOL绝缘体堆叠的侧面上方延伸并邻近所述SiN波导边缘耦合器的端部，其中所述氧化物层具有与所述掩埋绝缘体层相匹配的折射率；以及
硅波导边缘耦合器，其位于在所述掩埋绝缘体层上方且在所述BEOL绝缘体堆叠下方的半导体层中。
13.根据权利要求12所述的PIC，其中所述SiN波导边缘耦合器的所述端部从所述BEOL绝缘体堆叠下方延伸到所述氧化物层中。
14.根据权利要求12所述的PIC，其中所述SiN波导边缘耦合器在所述氧化物层下方延伸到所述氧化物层、所述掩埋绝缘体层和所述半导体衬底的外边缘，并且还包括位于所述氧化物层和所述BEOL绝缘体堆叠的所述侧面之间的湿气阻挡层。
15.根据权利要求14所述的PIC，其中所述湿气阻挡层还在所述氧化物层和所述SiN波导边缘耦合器之间延伸。
16.根据权利要求14所述的PIC，还包括在所述氧化物层和所述SiN波导边缘耦合器之间延伸的所述BEOL绝缘体堆叠的低折射率电介质层。
17.根据权利要求12所述的PIC，其中所述SiN波导边缘耦合器完全被所述BEOL绝缘体堆叠包围。
18.一种用于制造光子集成电路的方法，包括：
在半导体衬底上方的掩埋绝缘体层上方的半导体层中形成硅波导边缘耦合器；
在所述半导体衬底上方的所述掩埋绝缘体层上方形成氮化硅波导边缘耦合器，其中后段制程BEOL绝缘体堆叠的至少一部分位于所述硅波导边耦合器和所述氮化硅波导边缘耦合器上方；
在所述硅波导边缘耦合器、所述氮化硅波导边缘耦合器和所述BEOL绝缘体堆叠上方且邻近所述氮化硅波导边缘耦合器的端部形成氧化物层，其中所述氧化物层具有与所述掩埋绝缘体层相匹配的折射率；
在所述硅波导边缘耦合器的端部处形成限定在所述半导体衬底中的V形槽；以及
在所述氮化硅波导边缘耦合器的所述端部处形成限定在所述半导体衬底中的方形槽。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括至少在邻近所述硅波导边缘耦合器和邻近所述氮化硅波导边缘耦合器的所述BEOL绝缘体堆叠的侧壁上方形成湿气阻挡层。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述BEOL绝缘体堆叠的一部分位于所述硅波导边缘耦合器和所述氮化硅波导边缘耦合器上方。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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