DE102020101261A1

DE102020101261A1 - Eine heizungsstruktur, konfiguriert zum verbessern der wärmeeffizienz in einer modulatorvorrichtung

Info

Publication number: DE102020101261A1
Application number: DE102020101261.6A
Authority: DE
Inventors: Shih-wei Lin; Ming Chyi Liu
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2019-10-30
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2021-05-06
Also published as: CN112748588A; US20210132462A1; US11714299B2; US20220113564A1; US11209673B2

Abstract

Verschiedene Ausführungsformen dieser Offenbarung sind auf eine Modulatorvorrichtung gerichtet, die einen ersten Wellenleiter und eine Heizungsstruktur umfasst. Ein Eingabeterminal ist konfiguriert zum Empfangen von einfallendem Licht. Der erste Wellenleiter weist eine erste Eingaberegion und eine erste Ausgaberegion auf, die mit dem Eingabeterminal gekoppelt sind. Ein zweiter Wellenleiter ist optisch mit dem ersten Wellenleiter gekoppelt. Der zweite Wellenleiter weist eine zweite Eingaberegion und eine zweite Ausgaberegion auf, die mit dem Eingabeterminal gekoppelt sind. Ein Ausgabeterminal ist konfiguriert, ausgehendes Licht bereitzustellen, das basierend auf dem einfallenden Licht moduliert wird. Das Ausgabeterminal ist mit der ersten Ausgaberegion und der zweiten Ausgaberegion gekoppelt. Die Heizungsstruktur liegt über dem ersten Wellenleiter. Eine untere Fläche der Heizungsstruktur ist an einer unteren Fläche des ersten Wellenleiters ausgerichtet. Der erste Wellenleiter weist einen lateralen Abstand zwischen Seitenwänden der Heizungsstruktur auf.

Description

VERWEIS AUF EINE VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US-Anmeldung mit Nummer 62/927,850, eingereicht am 30. Oktober 2019., deren Inhalte hierin durch Verweis vollumfänglich eingeschlossen sind.
HINTERGRUND
Optische Schaltungen können mehrere photonische Funktionen/Vorrichtungen und optische Wellenleiter umfassen. Die optischen Wellenleiter sind konfiguriert, Licht von einem ersten Punkt auf einem integrierten Chip (IC) an einen zweiten Punkt auf dem IC mit minimaler Dämpfung zu beschränken und zu leiten. Ein optischer Wellenleiter in einer Modulatorvorrichtung kann konfiguriert sein, selektiv die Phase, Wellenlänge, Frequenz und/oder andere Eigenschaften des Lichts zu ändern, das durch die optischen Wellenleiter strömt.
Figurenliste
Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind am besten über die folgende ausführliche Beschreibung zu verstehen, wenn diese zusammen mit den beiliegenden Figuren gelesen wird. Es wird angemerkt, dass dem Standardverfahren der Branche entsprechend verschiedene Eigenschaften nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Die Abmessungen der verschiedenen Eigenschaften können in der Tat willkürlich vergrößert oder verkleinert werden, um die Erklärung klarer zu machen.

1 illustriert eine perspektivische Ansicht einiger Ausführungsformen einer Modulatorvorrichtung, umfassend eine Heizungsstruktur, die mindestens teilweise seitlich eine Wellenleiterstruktur umgibt.
2A und 2B illustrieren Querschnittansichten einiger Ausführungsformen einer Wellenleiterstruktur in einem lateralen Abstand zwischen inneren Seitenwänden einer Heizungsstruktur.
3A bis C illustrieren Draufsichten einiger Ausführungsformen einer Modulatorvorrichtung, umfassend eine Heizungsstruktur, die direkt über einem ersten Wellenleiter liegt und diesen zumindest teilweise lateral umgibt, wobei der erste Wellenleiter direkt mit einem zweiten Wellenleiter verbunden ist.
4A und 4B illustrieren Draufsichten einiger Ausführungsformen einer Modulatorvorrichtung, umfassend eine Heizungsstruktur, die direkt über einem ersten Wellenleiter liegt und diesen zumindest teilweise lateral umgibt, wobei der erste Wellenleiter lateral gegen einen zweiten Wellenleiter verschoben ist.
5 illustriert eine Querschnittansicht einiger Ausführungsformen eines integrierten Chips, einschließlich einer Modulatorvorrichtung, einer Gitterstruktur und einer Photodiode, die über einem Substrat angeordnet ist.
6 bis 12. illustrieren Querschnittabschnitte einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Bilden einer Modulatorvorrichtung, die eine Heizungsstruktur und einen ersten Wellenleiter umfasst, wobei die Heizungsstruktur direkt über dem Wellenleiter liegt und diesen mindestens teilweise lateral umgibt.
13 illustriert ein Ablaufdiagramm einiger Ausführungsformen, die dem Verfahren aus 6 bis 12. entspricht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Offenbarung stellt viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zur Umsetzung verschiedener Funktionen des dargelegten Inhalts bereit. Spezifische Beispiele von Bestandteilen und Anordnungen sind nachfolgend beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich nur Beispiele und nicht als einschränkend vorgesehen. Beispielsweise kann das Bilden eines ersten Merkmals oder eines zweiten Merkmals in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen enthalten, bei denen die ersten und zweiten Merkmale in direktem Kontakt ausgebildet sind, und sie können außerdem Ausführungsformen enthalten, bei denen weitere Merkmale zwischen dem ersten und zweiten Merkmal ausgebildet werden können, sodass die ersten und zweiten Merkmale nicht in direktem Kontakt stehen müssen. Weiterhin kann die vorliegende Offenbarung Referenzziffern und/oder Buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient der Einfachheit und Klarheit und diktiert nicht für sich eine Beziehung zwischen den verschiedenen besprochenen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen.
Ferner können räumlich relative Begriffe wie „unter“, „darunter“, „unterer“, „über“, „oberer“ und dergleichen hierin für eine einfachere Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem oder mehreren anderen Element(en) oder Merkmal(en) wie in den Figuren illustriert zu beschreiben. Die räumlich relativen Begriffe sollten zusätzlich zu der Ausrichtung, die in den Figuren dargestellt ist, verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung bei der Verwendung oder im Betrieb umfassen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder in anderen Ausrichtungen) und die räumlich relativen Bezeichner, die hierin verwendet werden, können ebenfalls entsprechend ausgelegt werden.
In Elektronik und Telekommunikation ist die Modulierung der Prozess der Variation einer oder mehrerer Eigenschaften einer periodischen Wellenform in einer Weise, die es erlaubt, Informationen von einem Sender an einen Empfänger zu übertragen. Beispielsweise kann eine Amplitudenmodulation (AM), eine Frequenzmodulation (FM) und eine Phasenmodulation verwendet werden, um die periodische Wellenform zu modulieren, um die Information über lange oder kurze Distanzen zu übermitteln.
Eine Modulatorvorrichtung kann ein Eingabeterminal und ein Ausgabeterminal umfassen. Ein erster Wellenleiter und ein zweiter Wellenleiter können von dem Eingabeterminal abzweigen und sich dann am Ausgabeterminal neu kombinieren, sodass es zwei Pfade oder Kanäle gibt, durch die das Licht durch die Modulatorvorrichtung fließen kann. Der erste Wellenleiter kann sich in der Nähe des zweiten Wellenleiters oder in direktem Kontakt damit befinden, sodass die ersten und zweiten Wellenleiter optisch miteinander gekoppelt sind. Während des Betriebs der Modulatorvorrichtung wird Eingangslicht an dem Eingabeterminal mit einer anfänglichen Phase empfangen und dann geteilt, um entlang des ersten Wellenleiters und des zweiten Wellenleiters zu fließen, bevor es wieder kombiniert wird und als Ausgabelicht an das Ausgabeterminal bereitgestellt wird. Weil die ersten und zweiten Wellenleiter optisch zusammengekoppelt sind, kann das Ausgabelicht durch konstruktive oder destruktive Störungen, die sich aus den ersten und zweiten Wellenleitern ergeben, phasenverschoben werden.
Eine Heizungsstruktur kann über, unter oder entlang des ersten Wellenleiters angeordnet sein, um Wärme zu erzeugen und auf den ersten Wellenleiter aufzubringen. Diese Wärme kann eine Änderung der Temperatur des ersten Wellenleiters auslösen, die wiederum den Brechungsindex, die Trägermobilität und/oder andere Eigenschaften des ersten Wellenleiters im Vergleich zu denen des zweiten Wellenträgers verändert. So kann die Geschwindigkeit und/oder Phase des Lichts, das durch den ersten Wellenleiter läuft, relativ zu den Werten des Lichts, das durch den zweiten Wellenleiter läuft, verschoben werden, sodass die Temperatur der Heizungsstruktur eine Phasenverschiebung für das ausgehende Licht an dem Ausgabeterminal steuern kann. So kann die Modulatorvorrichtung die Temperatur der Heizungsstruktur steuern, sodass das Eingabelicht moduliert wird, um das Ausgabelicht bereitzustellen, dessen Modulation den verschiedenen Datenzuständen entspricht, die übertragen werden sollen. Die Heizungsstruktur kann jedoch über dem ersten Wellenleiter liegen, sodass eine untere Fläche der Heizungsstruktur einen vertikalen Abstand von nicht null von einer oberen Fläche des ersten Wellenleiters aufweist. Ein Dielektrikum ist zwischen der Heizungsstruktur und dem ersten Wellenleiter angeordnet. Ferner kann die Wärme in allen Richtungen von der Heizungsstruktur abstrahlen, sodass die Wärme nicht auf den ersten Wellenleiter hin fokussiert wird und eine Wärmeeffizienz der Modulatorvorrichtung verringert wird. Um die Wärme in Betracht zu ziehen, die in allen Richtungen abgestrahlt wird, kann eine Menge der Leistung, die an die Heizungsstruktur geliefert wird, erhöht werden (wodurch die Wärme erhöht wird, die durch die Heizungsstruktur erzeugt wird), um die Leistung zu kompensieren, die von dem ersten Wellenleiter weg strahlt. Dies wiederum kann einen Leistungsverbrauch der Modulatorvorrichtung erhöhen und ferner die Wärmeeffizienz der Modulatorvorrichtung senken.
Verschiedene Ausführungsformen dieser Anmeldung sind auf eine Modulatorvorrichtung gerichtet, die eine Heizungsstruktur umfasst, die über einer Wellenleiterstruktur liegt und diese zumindest teilweise umschließt. Beispielsweise umfasst die Modulatorvorrichtung eine Verbindungsdielektrikumstruktur, die über der Wellenleiterstruktur liegt. Die Heizungsstruktur ist innerhalb der Verbindungsdielektrikumstruktur angeordnet und liegt über der Wellenleiterstruktur. Die Heizungsstruktur kann einen oberen leitfähigen Körper und eine Heizsäulenstruktur umfassen. Der obere leitfähige Körper liegt direkt über der Wellenleiterstruktur und ist durch die Verbindungsdielektrikumstruktur vertikal gegen der Wellenleiterstruktur verschoben. Die Heizsäulenstruktur liegt unter dem oberen leitfähigen Körper und erstreckt sich von dem oberen leitfähigen Körper bis zu einem Punkt unter einer oberen Fläche der Wellenleiterstruktur. Die Wellenleiterstruktur weist einen lateralen Abstand zwischen inneren Seitenwänden der Heizsäulenstruktur auf, sodass die Heizungsstruktur direkt über der Wellenleiterstruktur liegt und die Wellenleiterstruktur mindestens teilweise lateral umgibt. Die Heizungsstruktur ist konfiguriert, Wärme in Richtung der Wellenleiterstruktur zu fokussieren, sodass Wärme, die durch die Heizungsstruktur erzeugt wird, eine Phasenverschiebung des Lichts steuern kann, das durch die Wellenleiterstruktur fließt. Weil die Wellenleiterstruktur mit einem lateralen Abstand zwischen inneren Seitenwänden der Heizungsstruktur angeordnet ist, kann die Wärme direkter in Richtung der Wellenleiterstruktur abgestrahlt werden. Dies kann teilweise eine Wärmeeffizienz der Modulatorvorrichtung erhöhen und einen Leistungsverbrauch der Modulatorvorrichtung verringern.
1 illustriert eine perspektivische Ansicht einiger Ausführungsformen einer Modulatorvorrichtung 100, einschließlich eines ersten Wellenleiters 112 mit einem lateralen Abstand zwischen inneren Seitenwänden der Heizungsstruktur 111.
Die Modulatorvorrichtung 100 umfasst ein Eingabeterminal 101 und ein Ausgabeterminal 103. Der erste Wellenleiter 112 und ein zweiter Wellenleiter 115 zweigen von dem Eingabeterminal 101 ab und kombinieren sich dann erneut am Ausgabeterminal 103, wodurch sie zwei Pfade oder Kanäle bereitstellen, durch die Licht durch die Modulatorvorrichtung 100 fließen kann. In einigen Ausführungsformen zweigen die ersten und zweiten Wellenleiter 112, 115 zwischen dem Eingabeterminal 101 und dem Ausgabeterminal 103 symmetrisch ab. Der erste Wellenleiter 112 kann sich in der Nähe des zweiten Wellenleiters 115 oder in direktem Kontakt damit befinden, sodass die ersten und zweiten Wellenleiter 112, 115 optisch miteinander gekoppelt sind. In einigen Ausführungsformen weist der erste Wellenleiter 112 eine erste Eingaberegion 112i, die mit dem Eingabeterminal 101 gekoppelt ist, und eine erste Ausgaberegion 112o, die mit dem Ausgabeterminal 103 gekoppelt ist, auf. Ferner weist der zweite Wellenleiter 115 eine zweite Eingaberegion 115i, die mit dem Eingabeterminal 101 gekoppelt ist, und eine zweite Ausgaberegion 115o, die mit dem Ausgabeterminal 103 gekoppelt ist, auf. In einigen Ausführungsformen umfasst der erste Wellenleiter 112 ein Halbleitermaterial (z. B. Silizium) und kann eine aktive Region aufweisen, die eine erste dotierte Region 112a und eine zweite dotierte Region 112b umfasst. In einigen Ausführungsformen umfasst die erste dotierte Region 112a einen ersten Dotierungstyp (z. B. Typ p) und die zweite dotierte Region 112b umfasst einen zweiten Dotierungstyp (z. B Typ n), der dem ersten Dotierungstyp entgegengesetzt ist. In weiteren Ausführungsformen ist der erste Dotierungstyp vom Typ n und der zweite Dotierungstyp vom Typ p oder umgekehrt.
Die Heizungsstruktur 111 liegt über der aktiven Region des ersten Wellenleiters 112. In einigen Ausführungsformen umfasst die Heizungsstruktur 111 einen oberen leitfähigen Körper 110 und eine Heizsäulenstruktur 108. Der obere leitfähige Körper 110 liegt direkt über den ersten und zweiten dotierten Regionen 112a, 112b. Die Heizsäulenstruktur 108 erstreckt sich fortlaufend von einer unteren Fläche des oberen leitfähigen Körpers 110 zu einem Punkt unter einer oberen Fläche des ersten Wellenleiters 112. Ferner weist die aktive Region des ersten Wellenleiters 112 einen lateralen Abstand zwischen inneren Seitenwänden der Heizsäulenstruktur 108 auf, sodass die Heizungsstruktur 111 mindestens teilweise lateral den ersten Wellenleiter 112 umgibt. In einigen Ausführungsformen ist eine untere Fläche der Heizsäulenstruktur 108 an einer unteren Fläche des ersten Wellenleiters 112 ausgerichtet. Weiterhin umfassen die oberen leitfähigen Körper 110 und die Heizsäulenstruktur 108 ein oder mehrere Materialien mit hoher thermaler Leitfähigkeit. Beispielsweise kann eine Verbindungsdielektrikumstruktur (nicht dargestellt) um den ersten Wellenleiter 112 und die Heizungsstruktur 111 herum angeordnet sein, wobei das eine oder die mehreren Materialien der Heizungsstruktur 111 eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweisen als das/die Material(ien), die die Verbindungsdielektrikumstruktur umfasst.
In einigen Ausführungsformen wird während des Betriebs der Modulatorvorrichtung 100 Einfallslicht 107 an dem Eingabeterminal 101 mit einer anfänglichen Phase empfangen und dann geteilt, um entlang des ersten Wellenleiters 112 und des zweiten Wellenleiters 115 zu fließen, bevor es wieder kombiniert und als Ausgangslicht 109. an das Ausgabeterminal 103 bereitgestellt wird. Weil der erste Wellenleiter 112 und der zweite Wellenleiter 115 optisch gekoppelt sind, kann das Ausgangslicht 109. durch konstruktive oder destruktive Störungen, die sich aus den ersten und zweiten Wellenleitern 112, 115 ergeben, phasenverschoben werden. In einigen Ausführungsformen ist die Heizungsstruktur 111 konfiguriert, Wärme zu erzeugen und auf die aktive Region des ersten Wellenleiters 112 aufzubringen. Die Wärme, die durch die Heizungsstruktur 111 erzeugt wird, kann eine Änderung der Temperatur des ersten Wellenleiters auslösen, die wiederum den Brechungsindex, die Trägermobilität und/oder andere Eigenschaften des ersten Wellenleiters 112 im Vergleich mit denen des zweiten Wellenträgers 115 ändert. So kann die Geschwindigkeit und/oder Phase des Lichts, das durch den ersten Wellenleiter 112 läuft, relativ zu den Werten des Lichts, das durch den zweiten Wellenleiter 115 läuft, verschoben werden, sodass die Temperatur der Heizungsstruktur 111 eine Phasenverschiebung für das ausgehende Licht 109. an dem Ausgabeterminal 103 steuern kann. Ferner ist die Modulatorvorrichtung 100 konfiguriert, eine Temperatur der Wärme, die durch die Heizungsstruktur 111 erzeugt wird, in der Zeit basierend auf Datenzuständen zu steuern, die in der Zeit übertragen werden sollen, sodass das einfallende Licht 107 moduliert wird, ausgehendes Licht 109. bereitzustellen, dessen Modulation verschiedenen zu übertragenden Datenzuständen entspricht. Es ist zu verstehen, dass zwar oben ein Modulierungsbeispiel, das Phasenmodulierung verwendet, beschrieben ist, in anderen Ausführungsformen jedoch auch andere Arten von Modulation verwendet werden können, wie etwa Amplitudenmodulation oder Frequenzmodulation.
Dank der Heizungsstruktur 111, die direkt über der aktiven Region des ersten Wellenleiters .112 liegt und diesen mindestens teilweise lateral umgibt kann die Heizungsstruktur 111 die Wärme auf die ersten oder zweiten dotierten Regionen 112a, 112b lenken. Dies wiederum kann die Menge der Wärme verringern, die auf angrenzende Strukturen und/oder Dielektrika hin abgestrahlt und/oder von ihnen aufgenommen werden kann, wodurch eine Wärmeeffizienz der Modulatorvorrichtung 100 erhöht wird. Ferner umfasst die Heizungsstruktur 111 ein oder mehrere Materialien mit hoher Wärmekonduktivität, wodurch eine Wärmeeffizienz der Modulatorvorrichtung 100 erhöht wird. So kann die Heizungsstruktur 111 einen Leistungsverbrauch der Modulatorvorrichtung 100 senken und eine Wärmeeffizienz der Modulatorvorrichtung 100 erhöhen.
2A illustriert eine Querschnittansicht einiger Ausführungsformen einer Modulatorvorrichtung 200a, die eine Heizungsstruktur 111 mit einem oberen leitfähigen Körper 110 und einer Heizsäulenstruktur 108 aufweist.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Modulatorvorrichtung 200a einen ersten Wellenleiter 112, der über einem Substrat 202 liegt. Eine dielektrische Bulkstruktur 204 ist über dem Substrat 202 angeordnet und muss möglicherweise mit einem Abstand zwischen dem ersten Wellenleiter 112 und dem Substrat 202 platziert werden. Eine untere Zwischenschichtdielektrikum- (ILD) Struktur 206 überlagert die dielektrische Bulkstruktur 204. In einigen Ausführungsformen ist der erste Wellenleiter 112 direkt über der dielektrischen Bulkstruktur 204 angeordnet, und die untere ILD-Struktur 206 umschließt lateral den ersten Wellenleiter 112. In einigen Ausführungsformen kann die dielektrische Bulkstruktur 204 beispielsweise ein Oxid sein oder umfassen, wie etwa ein Siliziumdioxid, ein anderes geeignetes Oxid, ein Dielektrikum mit niedrigem k-Wert, jede Kombination der zuvor genannten Punkte oder ein anderes geeignetes Dielektrikum. In weiteren Ausführungsformen kann die untere ILD-Struktur 206 beispielsweise Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, Siliziumoxid, ein Dielektrikum mit niedrigem k-Wert, ein Dielektrikum mit extrem niedrigem k-Wert, jede Kombination der zuvor genannten Punkte oder ein anderes geeignetes Dielektrikum sein oder umfassen. In einigen Ausführungsformen kann das Substrat 202 beispielsweise ein Halbleiterkörper sein oder umfassen, wie etwa ein monokristallines Silizium, ein Silizium-auf-Isolator-Substrat (SOI) oder ein anderes geeignetes Halbleitersubstratmaterial. In verschiedenen Ausführungsformen umfassen das Substrat 202 und der erste Wellenleiter 112 ein selbes Material (z. B. Silizium).
In einigen Ausführungsformen umfasst der erste Wellenleiter 112 ein Halbleitermaterial (z. B. Silizium), das konfiguriert ist, Licht zu transportieren. Ein erster Wellenleiter 112 kann eine erste dotierte Region 112a und eine zweite dotierte Region 112b aufweisen, die einen lateralen Abstand voneinander haben. In einigen Ausführungsformen umfasst die erste dotierte Region 112a einen ersten Dotierungstyp (z. B. Typ p) und die zweite dotierte Region 112b umfasst einen zweiten Dotierungstyp (z. B Typ n), der dem ersten Dotierungstyp entgegengesetzt ist. In weiteren Ausführungsformen ist der erste Dotierungstyp vom Typ p und der zweite Dotierungstyp vom Typ n oder umgekehrt. In noch weiteren Ausführungsformen sind die ersten und/oder zweiten dotierten Regionen 112a, 112b elektrisch mit einer oder mehreren leitfähigen Durchkontaktierungen und/oder Drähten (nicht dargestellt) verbunden, die innerhalb der unteren ILD-Struktur 206 und/oder einer oberen ILD-Struktur 214 angeordnet sind. In verschiedenen Ausführungsformen wird eine Vorbeaufschlagung über der ersten dotierten Region 112a und der zweiten dotierten Region 112b des ersten Wellenleiters 112 durch die leitfähigen Durchkontaktierungen und/oder Drähte (nicht dargestellt) in einer ersten Richtung aufgebracht, um die Phase des Lichts, das durch die aktive Region des ersten Wellenleiters 112 fließt, zu ändern. In solchen Ausführungsformen bewegt sich das Licht in einer zweiten Richtung rechtwinklig zur ersten Richtung.
Die Heizungsstruktur 111 überlagert den ersten Wellenleiter 112 und ist innerhalb der unteren ILD-Struktur 206 und/oder der oberen ILD-Struktur 214 angeordnet. In einigen Ausführungsformen umfasst die Heizungsstruktur 111 einen oberen leitfähigen Körper 110 und eine Heizsäulenstruktur 108. Die Heizsäulenstruktur 108 erstreckt sich fortlaufend von einer unteren Fläche des oberen leitfähigen Körpers 110 zu einer oberen Fläche der dielektrischen Bulkstruktur 204. Ferner weist der erste Wellenleiter 112 einen lateralen Abstand zwischen inneren Seitenwänden der Heizsäulenstruktur 108 auf. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Heizsäulenstruktur 108 eine untere Säulenstruktur 208 und eine obere Säulenstruktur 209, die über der unteren Säulenstruktur 208 liegt. In einigen Ausführungsformen kann die untere Säulenstruktur 208 beispielsweise ein Halbleitersubstratmaterial, Silizium, intrinsisches Silizium, p-dotiertes Silizium, n-dotiertes Silizium, Polysilizium oder ein anderes geeignetes Material sein oder umfassen. In weiteren Ausführungsformen umfasst die untere Säulenstruktur 208 ein selbes Material (z. B. Silizium) wie der erste Wellenleiter 112. Weiter ist in einigen Ausführungsformen eine untere Fläche der unteren Säulenstruktur 208 an einer unteren Fläche des ersten Wellenleiters 112 ausgerichtet und eine obere Fläche der unteren Säulenstruktur 208 ist an einer oberen Fläche des ersten Wellenleiters 112 ausgerichtet. Die obere Säulenstruktur 209 erstreckt sich fortlaufend von dem oberen leitfähigen Körper 110 zu der unteren Säulenstruktur 208. In einigen Ausführungsformen umfasst die obere Säulenstruktur 209 eine Heizdurchkontaktierung 210 und einen Heizdraht 212, der über der Heizdurchkontaktierung 210 liegt. Eine leitfähige Durchkontaktierung 216 liegt über dem oberen leitfähigen Körper 110 und ist elektrisch mit der Heizungsstruktur 111 gekoppelt. In einigen Ausführungsformen kann die leitfähige Durchkontaktierung 216, die Heizdurchkontaktierung 210 und/oder der Heizdraht 212 beispielsweise jeweils aus Wolfram, Aluminium, Kupfer, einer Kombination der zuvor genannten Punkte oder dergleichen sein oder diese umfassen. In noch weiteren Ausführungsformen kann der obere leitfähige Körper 110 beispielsweise aus Titan, Tantal, Titannitrid, Tantalnitrid, einer Kombination der zuvor genannten Punkte oder dergleichen sein oder diese umfassen.
Ferner umfasst die Heizungsstruktur 111 bei Aufbringung eines geeigneten Signals (z. B. einer Spannung, eines Stroms usw.) ein oder mehrere Materialien, die Wärme erzeugen, wie durch die beispielhaften Wärmewellen 220 illustriert. Die Heizungsstruktur 111 ist konfiguriert, Wärme auf den ersten Wellenleiter 112 aufzubringen, um den Brechungsindex des ersten Wellenleiters 112 zu ändern und damit die Phase des Lichts auf dessen Weg durch die aktive Region des ersten Wellenleiters 112 zu ändern. Im Betrieb hängt die Änderung der Lichtphase von der Änderung der Temperatur des ersten Wellenleiters 112 durch folgende Gleichung ab: $Δφ = \frac{2 π * \frac{d n}{d T} * Δ T * L}{λ}$
wobei $\frac{d n}{d T}$
der thermooptische Koeffizient des Materials des ersten Wellenleiters 112 ist, ΔT die Änderung der Temperatur des ersten Wellenleiters 112 ist, L die Länge ist, über die sich das Licht bewegt, wenn es der Heizungsstruktur 111 ausgesetzt wird, und λ die Wellenlänge des Lichts ist. Beispielsweise umfasst der erste Wellenleiter 112 in einigen Ausführungsformen Silizium, das einen thermooptischen Koeffizienten von ca. 1,86 × 10^-4 pro Kelvin aufweist, was anzeigt, dass sich der Brechungsindex des Siliziums pro 6 Kelvin (oder 6 Grad Celsius) der Temperaturänderung um 1,1 × 10^-3 ändert.
Dank des oberen leitfähigen Körpers 110, der über der Heizsäulenstruktur 108 liegt, kann Wärme von dem oberen leitfähigen Körper 110 zu der oberen Säulenstruktur 209 und der unteren Säulenstruktur 208 geleitet werden. Weil die obere Säulenstruktur 209 und die untere Säulenstruktur 208 in engerer Nähe zu dem ersten Wellenleiter 112 liegen als der obere leitfähige Körper 110, kann Wärme effektiver an den ersten Wellenleiter 112 geleitet werden. Dies kann wiederum eine Wärmeeffizienz der Modulatorvorrichtung 100 erhöhen und einen Leistungsverbrauch der Modulatorvorrichtung 100 verringern. Ferner kann, dank des oberen leitfähigen Körpers 110, der direkt über dem ersten Wellenleiter 112 liegt, und der Heizsäulenstruktur 108, die den ersten Wellenleiter 112 mindestens teilweise lateral umschließt, die Heizungsstruktur 111 die beispielhaften Wärmewellen 220 auf einen Bereich um die aktive Region des ersten Wellenleiters 112 (z. B. die ersten und/oder zweiten dotierten Regionen 112a, 112b) herum beschränken. Dies kann verhindern, dass die beispielhaften Wärmewellen 220 an eine andere Vorrichtung und/oder Struktur abgestrahlt werden, die über dem Substrat 202 angeordnet ist, und damit die Wärmeeffizienz der Modulatorvorrichtung 100 weiter erhöhen. Weiterhin kann dies den Leistungsverbrauch der Modulatorvorrichtung 100 weiter verringern.
Ferner kann die Heizungsstruktur 111 ein oder mehrere Materialien mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als ein oder mehrere umgebende Dielektrika und/oder Strukturen umfassen, sodass die Heizungsstruktur 111 effektiv Wärme erzeugen und auf die aktive Region des ersten Wellenleiters 112 lenken kann. In einigen Ausführungsformen umfasst die untere Säulenstruktur 208 ein oder mehrere erste Materialien (z. B. intrinsisches Silizium) mit einer ersten Wärmeleitfähigkeit, wobei die obere Säulenstruktur 209 ein oder mehrere zweite Materialien (z. B. Aluminium, Kupfer, Wolfram, einer Kombination der zuvor genannten Punkte usw.) mit einer zweiten Wärmeleitfähigkeit umfasst, der obere leitfähige Körper 110 umfasst ein oder mehrere dritte Materialien (z. B. Titannitrid, Tantalnitrid, Titan usw.) mit einer dritten Wärmeleitfähigkeit, und die untere ILD-Struktur 206 und/oder eine obere ILD-Struktur 214 umfassen ein oder mehrere Dielektrika (z. B. Siliziumoxid, ein Dielektrikum mit niedrigem k-Wert, Siliziumcarbid, eine Kombination der zuvor genannten Punkte usw.) mit einer vierten Wärmeleitfähigkeit. Die vierte Wärmeleitfähigkeit ist geringer als die erste Wärmeleitfähigkeit, die zweite Wärmeleitfähigkeit bzw. die dritte Wärmeleitfähigkeit, sodass Wärme, die durch die Heizungsstruktur 111 erzeugt wird, effektiv von dem oberen leitfähigen Körper 110 an die Heizsäulenstruktur 108 geleitet werden kann. Weil die Heizsäulenstruktur 108 in engerer Nähe zu dem ersten Wellenleiter 112 liegt als der obere leitfähige Körper 110, kann Wärme leichter zu dem ersten Wellenleiter 112 geleitet werden. So kann die Heizungsstruktur 111 Wärme leichter zu dem ersten Wellenleiter 112 leiten als die untere ILD-Struktur 206 und/oder die obere ILD-Struktur 214 kann die Wärme von dem ersten Wellenleiter 112 weg leiten. Dies kann wiederum ferner die Wärmeeffizienz der Modulatorvorrichtung 200a erhöhen und/oder den Leistungsverbrauch der Modulatorvorrichtung 200a verringern.
In einigen Ausführungsformen kann die erste Wärmeleitfähigkeit der unteren Säulenstruktur 208 ca. 150 Watt pro Meter Kelvin (W/(m*K)) betragen oder innerhalb eines Bereichs von ca. 125 bis 175 W/(m*K) liegen. In einigen Ausführungsformen kann die zweite Wärmeleitfähigkeit der oberen Säulenstruktur 209 ca. 225 W/(m*K) betragen, ca. 400 W/(m*K) betragen oder in einem Bereich von ca. 210 bis 420 W/(m*K) liegen. So kann in einigen Ausführungsformen die erste Wärmeleitfähigkeit der unteren Säulenstruktur 208 geringer als die zweite Wärmeleitfähigkeit der oberen Säulenstruktur 209 sein. In einigen Ausführungsformen kann die dritte Wärmeleitfähigkeit des oberen leitfähigen Körpers 110 ca. 12. W/(m*K) betragen, ca. 12. W/(m*K) betragen, ca. 60 W/(m*K) betragen, oder in einem Bereich von ca. 10 bis 100 W/(m*K) liegen. In weiteren Ausführungsformen kann die vierte Wärmeleitfähigkeit der Dielektrikumschicht(en) und/oder Struktur(en) (z. B. der unteren ILD-Struktur 206 und/oder der oberen ILD-Struktur 214), die die Heizungsstruktur 111 und/oder den ersten Wellenleiter 112 umgibt/umgeben ca. 1 W/(m*K) betragen, ca. 5 W/(m*K) betragen oder in einem Bereich von ca. 0,5 bis 50 W/(m*K) liegen.
2B illustriert eine Querschnittansicht einiger Ausführungsformen einer Modulatorvorrichtung 200b, die eine Heizungsstruktur 111 umfasst, die über einem ersten Wellenleiter 112 liegt und diesen mindestens teilweise lateral umgibt.
In einigen Ausführungsformen umfasst der erste Wellenleiter 112 ein Substratmaterial (z. B. Silizium) und umfasst eine erste dotierte Region 112a, eine zweite dotierte Region 112b und eine mittlere undotierte Region 112c, die lateral zwischen den ersten und zweiten dotierten Regionen 112a, 112b angeordnet ist. Die erste dotierte Region 112a kann beispielsweise einen ersten Dotierungstyp (z. B. Typ n) aufweisen, und eine zweite dotierte Region 112b kann beispielsweise einen zweiten Dotierungstyp (z. B. Typ p) aufweisen, der dem ersten Dotierungstyp entgegengesetzt ist. In weiteren Ausführungsformen kann die mittlere undotierte Region 112c intrinsisches Silizium sein oder umfassen. In einigen Ausführungsformen können erste und zweite dotierte Regionen 112a, 112b oberste Flächen aufweisen, die unter einer obersten Fläche der mittleren undotierten Region 112c angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen sind die ersten und zweiten dotierten Regionen 112a, 112b direkt elektrisch mit einer oder mehreren leitfähigen Durchkontaktierungen und/oder Drähten (nicht dargestellt) gekoppelt. In solchen Ausführungsformen kann eine Vorbeaufschlagung über die ersten und zweiten dotierten Regionen 112a, 112b in einer ersten Richtung aufgebracht werden, um die Phase des Lichts zu ändern, das sich durch die aktive Region des ersten Wellenleiters 112 bewegt, wenn sich das Licht in eine zweite Richtung rechtwinklig zu der ersten Richtung bewegt. In weiteren Ausführungsformen ist eine oberste Fläche der unteren Säulenstruktur 208 an der obersten Fläche der mittleren undotierten Region 112c ausgerichtet.
3A illustriert eine Draufsicht 300a einiger Ausführungsformen einer Modulatorvorrichtung, umfassend eine Heizungsstruktur 111, die direkt über einem ersten Wellenleiter 112 liegt und diesen zumindest teilweise lateral umgibt, wobei der erste Wellenleiter 112 direkt mit einem zweiten Wellenleiter 115 verbunden ist. In einigen Ausführungsformen entspricht die Draufsicht 300a von 3A einigen alternativen Ausführungsformen der Modulatorvorrichtung 200a aus 2A entlang der Linie A-A' aus 2A. In weiteren Ausführungsformen kann die Querschnittansicht aus 2A von der Linie B-B' aus 3A genommen worden sein.
Eine aktive Region 302 des ersten Wellenleiters 112 kann die ersten und zweiten dotierten Regionen 112a, 112b des ersten Wellenleiters 112 und mindestens einen Abschnitt der Heizungsstruktur 111 umfassen. In einigen Ausführungsformen ähnelt die aktive Region 302 des ersten Wellenleiters 112 von oben betrachtet einer gebogenen rechteckigen Struktur. Die aktive Region 302 kann fortlaufend mit einer inaktiven Region 304 des ersten Wellenleiters 112 verbunden sein. In einigen Ausführungsformen kann die inaktive Region 304 des ersten Wellenleiters 112 beispielsweise aus undotiertem Silizium, intrinsischem Silizium oder dergleichen sein oder diese umfassen. In weiteren Ausführungsformen kontaktiert der zweite Wellenleiter 115 direkt den ersten Wellenleiter 112 und kann beispielsweise ein selbes Material umfassen wie die inaktive Region 304 des ersten Wellenleiters 112 (z. B. intrinsisches Silizium). So ist der erste Wellenleiter 112 optisch mit dem zweiten Wellenleiter 115 gekoppelt. Ferner liegt die Heizungsstruktur 111 über der aktiven Region 302 und ist konfiguriert, Wärme zu erzeugen und an die aktive Region 302 des ersten Wellenleiters 112 zu leiten. Die Heizungsstruktur 111 umfasst den oberen leitfähigen Körper 110 und die Heizsäulenstruktur 108, sodass die aktive Region 302 des ersten Wellenleiters 112 in einem Abstand zwischen Seitenwänden der Heizsäulenstruktur 108 platziert ist. Dies erleichtert teilweise das Erzeugen und Halten von Wärme durch die Heizungsstruktur 111 in der aktiven Region 302, sodass die Wärme die Phase des Lichts beeinflussen kann, das durch den ersten Wellenleiter 112 fließt. In einigen Ausführungsformen weisen der obere leitfähige Körper 110 und/oder die Heizsäulenstruktur 108 je eine gebogene rechteckige Struktur auf, die einer Form der aktiven Region 302 des ersten Wellenleiters 112 entspricht. So ist die Heizungsstruktur 111 konfiguriert, Wärme zu erzeugen und in der aktiven Region 302 des ersten Wellenleiters 112 zu halten, wodurch eine Wärmeeffizienz der Modulatorvorrichtung erhöht und ein Leistungsverbrauch der Modulatorvorrichtung verringert wird.
3B illustriert eine Draufsicht 300b einiger Ausführungsformen einer Modulatorvorrichtung, umfassend eine Heizungsstruktur 111, die direkt über einem ersten Wellenleiter 112 liegt und diesen zumindest teilweise lateral umgibt, wobei der erste Wellenleiter .112 direkt mit einem zweiten Wellenleiter 115 verbunden ist. In einigen Ausführungsformen entspricht die Draufsicht 300b von 3B einigen alternativen Ausführungsformen der Modulatorvorrichtung 200a aus 2A entlang der Linie A-A' aus 2A. In weiteren Ausführungsformen kann die Querschnittansicht aus 2A von der Linie B-B' aus 3A genommen worden sein.
Wie in der Draufsicht 300b aus 3B illustriert, weisen der obere leitfähige Körper 110 und die Heizsäulenstruktur 108 von oben betrachtet je eine rechteckige Form auf, die sich von der gebogenen rechteckigen Form der aktiven Region 302 des ersten Wellenleiters 112 unterscheidet. So liegt die Heizungsstruktur 111 über der aktiven Region 302 und umgibt diese mindestens teilweise lateral, sodass die Heizungsstruktur 111 konfiguriert ist, Wärme in der aktiven Region 302 des ersten Wellenleiters 112 zu halten.
3C illustriert eine Draufsicht 300c einiger Ausführungsformen einer Modulatorvorrichtung, umfassend eine Heizungsstruktur 111 und einen ersten Wellenleiter 112, wobei der erste Wellenleiter 112 direkt mit einem zweiten Wellenleiter 115 verbunden ist. In einigen Ausführungsformen entspricht die Draufsicht 300c von 3C einigen alternativen Ausführungsformen der Modulatorvorrichtung 200b aus 2B entlang der Linie A-A' aus 2B. In weiteren Ausführungsformen kann die Querschnittansicht aus 2B von der Linie B-B' aus 3C genommen worden sein.
Die mittlere undotierte Region 112c des ersten Wellenleiters 112 ist lateral zwischen die ersten und zweiten dotierten Regionen 112a, 112b des ersten Wellenleiters 112 eingesetzt. So umfasst die aktive Region 302 die mittlere undotierte Region 112c, die erste dotierte Region 112a und die zweite dotierte Region 112b. Der obere leitfähige Körper 110 der Heizungsstruktur 111 liegt über der aktiven Region 302 des ersten Wellenleiters 112. Ferner weist die aktive Region 302 des ersten Wellenleiters 112 einen lateralen Abstand zwischen inneren Seitenwänden der Heizsäulenstruktur 108 auf.
4A illustriert eine Draufsicht 400a einiger Ausführungsformen einer Modulatorvorrichtung, umfassend eine Heizungsstruktur 111, die direkt über einem ersten Wellenleiter 112 liegt, wobei der erste Wellenleiter 112 lateral gegen einen zweiten Wellenleiter 115 verschoben ist. In einigen Ausführungsformen entspricht die Draufsicht 400a von 4A einigen alternativen Ausführungsformen der Modulatorvorrichtung 200b aus 2B entlang der Linie A-A' aus 2B. In weiteren Ausführungsformen kann die Querschnittansicht aus 2B von der Linie B-B' aus 4A genommen worden sein. Ferner kann die Draufsicht 400a einigen Ausführungsformen der Modulatorvorrichtung 200a aus 2A entlang der Linie A-A' aus 2A entsprechen, wobei die mittlere undotierte Region 112c weggelassen wird und die erste dotierte Region 112a direkt die zweite dotierte Region 112b (nicht dargestellt) kontaktiert. In solchen Ausführungsformen kann die Querschnittansicht aus 2A von der Linie B-B' aus 4A genommen worden sein.
In einer Ausführungsform ähnelt der erste Wellenleiter 112 in der Draufsicht einer ringähnlichen Struktur. Eine aktive Region 302 des ersten Wellenleiters kann die Heizungsstruktur 111, die erste dotierte Region 112a, die zweite dotierte Region 112b und die mittlere undotierte Region 112c umfassen. Die aktive Region 302 kann fortlaufend mit einer inaktiven Region 304 des ersten Wellenleiters 112 verbunden sein. Die inaktive Region 304 kann die mittlere undotierte Region 112c umfassen. Ferner ist ein zweiter Wellenleiter 115 lateral neben dem ersten Wellenleiter 112 angeordnet. In einigen Ausführungsformen umfasst der zweite Wellenleiter 115 ein selbes Material wie die mittlere undotierte Region 112c des ersten Wellenleiters 112. In einigen Ausführungsformen kann der zweite Wellenleiter 115 im Wesentlichen gerade sein, sodass das Eingabeterminal 101, der zweite Wellenleiter 115 und das Ausgabeterminal 103 entlang einer Linie innerhalb einer Ebene kollinear sind. In anderen Ausführungsformen kann der zweite Wellenleiter einige gebogene Abschnitte (nicht dargestellt) umfassen. Der zweite Wellenleiter 115 ist konfiguriert, Licht einzuschließen und zu transportieren. Der zweite Wellenleiter 115 ist lateral neben dem ersten Wellenleiter 112 angeordnet. In einigen Ausführungsformen sind erste und zweite Wellenleiter 112, 115 nahe genug aneinander angeordnet, sodass sie zwar nicht direkt in Kontakt miteinander stehen, die ersten und zweiten Wellenleiter 112, 115 jedoch optisch miteinander gekoppelt sind. In solchen Ausführungsformen hat der erste Wellenleiter 112 einen lateralen Abstand von nicht null von dem zweiten Wellenleiter 115. In einigen Ausführungsformen ist die inaktive Region 304 des ersten Wellenleiters 112 der Abschnitt des ersten Wellenleiters 112, der dem zweiten Wellenleiter 115 am nächsten ist. So stört die Heizungsstruktur 111 die optische Koppelung direkt zwischen der inaktiven Region 304 des ersten Wellenleiters 112 und dem zweiten Wellenleiter 115 nicht.
Wie in der Draufsicht 400a aus 4A gezeigt ist, weist die Heizungsstruktur 111 eine bogenähnliche Form auf, die die ringähnliche Form des ersten Wellenleiters 112 bestätigt. Ferner sind innerhalb der aktiven Region 302 des ersten Wellenleiters 112 die erste dotierte Region 112a, die zweite dotierte Region, 112b und die mittlere undotierte Region 112c in einem lateralen Abstand zwischen Seitenwänden der Heizsäulenstruktur 108 angeordnet. Dies stellt teilweise sicher, dass die Heizungsstruktur 111 Wärme an die aktive Region 302 des ersten Wellenleiters leiten und dort halten kann, wodurch Wärme minimiert wird, die sich auf die Übertragung des Lichts durch den zweiten Wellenleiter 115 auswirkt.
4B illustriert eine Draufsicht 400b einiger Ausführungsformen eines beispielhaften Lichtpfads, der durch eine Modulatorvorrichtung reicht, die eine Heizungsstruktur 111 aufweist, die innerhalb einer aktiven Region 302 eines ersten Wellenleiters 112 und/oder darum herum angeordnet ist.
In einigen Ausführungsformen fließt während der Operation der Modulatorvorrichtung Licht, das eine erste Phase aufweist, durch einen ersten beispielhaften Lichtpfad 402 entlang des zweiten Wellenleiters 115. Der erste beispielhafte Lichtpfad 402 kann durch die erste Eingaberegion 112i in die inaktive Region 304 des ersten Wellenleiters 112 fließen, weil die ersten und zweiten Wellenleiter 112, 115 optisch zusammengekoppelt sind. Das Licht kann in einen zweiten beispielhaften Lichtpfad 404 eintreten, in dem die Spannung selektiv über einen ersten Anschluss Vf und einen zweiten Anschluss Vs angelegt werden kann, der mit der ersten dotierten Region 112a bzw. der zweiten dotierten Region 112b des ersten Wellenleiters 112 gekoppelt ist. Ferner kann eine Heizspannung, wenn Licht durch den zweiten beispielhaften Lichtpfad 404 fließt, selektiv an einen Heizanschluss Vh angelegt werden, der mit der Heizungsstruktur 111 gekoppelt ist, sodass das Licht von einer ersten Phase zu einer zweiten Phase wechselt, während es sich in der aktiven Region 302 des ersten Wellenleiters 112 befindet. Wenn das Licht entlang des zweiten beispielhaften Lichtpfads 404 fließt, kann die Heizungsstruktur 111 Wärme an die aktive Region 302 des ersten Wellenleiters 112 leiten oder dort halten, sodass sich die erste Phase genau und effizient in die zweite Phase ändern kann. Nach dem Durchlaufen der aktiven Region 302 des ersten Wellenleiters 112 kann das Licht in dem zweiten beispielhaften Lichtpfad 404 dann aus der inaktiven Region 304 des ersten Wellenleiters 112 durch die erste Ausgaberegion 1120 austreten und sich mit dem ersten beispielhaften Lichtpfad 402 kombinieren. Nachfolgend kann das Licht in einigen Ausführungsformen nach dem Austreten durch die erste Ausgaberegion 1120 in einen dritten beispielhaften Lichtpfad 406 eintreten, wobei das Licht aufgrund von konstruktiven und/oder destruktiven Störungen zwischen Licht, das durch die ersten und zweiten beispielhaften Lichtpfade 402, 404 fließt, eine dritte Phase aufweist. So kann Licht, wenn die aktive Region 302 des ersten Wellenleiters 112 „AN“ ist (d. h. Spannungen an Vf, Vs und/oder Vh angelegt werden), selektiv den Spannungen entsprechend geändert oder moduliert werden, die von einer ersten Phase zu einer dritten Phase an Vf, Vs und/oder Vh angelegt werden, um digitale Daten durch optische Signale zu übertragen.
Mit Verweis auf 3A, 3B, 3C, 4A und 4B wurden verschiedene Strukturen und/oder Schichten aus den Modulatorvorrichtungen 200a oder 200b aus 2A oder 2B, wie etwa die untere ILD-Struktur (206 aus 2A oder 2B) und/oder die obere ILD-Struktur (214 aus 2A oder 2B) aus 3A, 3B, 3C, 4A und 4B ausgelassen, um eine leichtere Illustration zu erlauben. Weiter ist der obere leitfähige Körper 110 der Heizungsstruktur 111 in den 3A, 3B, 3C, 4A und 4B mindestens teilweise transparent, um den Ort/das Layout der Schichten und/oder Strukturen, die unter dem oberen leitfähigen Körper 110 liegen, leichter zu illustrieren.
5 illustriert eine Querschnittansicht einiger Ausführungsformen eines integrierten Chips 500, der eine Modulatorvorrichtung 505 umfasst, die neben einer Photodiode 502 angeordnet ist und über einem Substrat 202 liegt. In einigen Ausführungsformen ist die Modulatorvorrichtung 505 als die Modulatorvorrichtungen 200a oder 200b aus 2A oder 2B konfiguriert.
Eine Gitterstruktur 501 liegt über dem Substrat 202, sodass die Photodiode 502 lateral zwischen der Modulatorvorrichtung 505 und der Gitterstruktur 501 angeordnet ist. Die Modulatorvorrichtung 505 umfasst die Heizungsstruktur 111 und den ersten Wellenleiter 112. Die Gitterstruktur 501 kann mit einer Lichtquelle gekoppelt werden und Licht von der Lichtquelle in eine oder mehrere andere Vorrichtungen leiten (z. B. die Photodiode 502, die Modulatorvorrichtung 505 usw.), die über dem Substrat 202 liegen. Die Photodiode 502 kann konfiguriert sein, Licht zu empfangen und das Licht in ein digitales Signal zu übertragen. In einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere Photodioden 502 mit dem ersten Wellenleiter 112 und/oder dem zweiten Wellenleiter (115 aus 2A oder 2B) gekoppelt sein. Die Photodiode 502 und/oder Gitterstruktur 501 weisen jeweils einen lateralen Abstand von der Heizungsstruktur 111 auf, sodass Wärme, die durch die Heizungsstruktur 111 erzeugt wird, von der Photodiode 502 und/oder der Gitterstruktur 501 isoliert wird. Ferner kann die Wärme, da die Materialien der Heizungsstruktur 111 bestehen und/oder die Form einer Heizungsstruktur 111 aufweisen, in einer aktiven Region des ersten Wellenleiters 112 gehalten werden.
Die Photodiode 502 kann die dielektrische Bulkstruktur 204 direkt kontaktieren und innerhalb der unteren ILD-Struktur 206 angeordnet sein. Die Photodiode 502 kann ein Halbleitermaterial umfassen und umfasst eine Photodioden-p-Seite 502a, eine Photodioden-n-Seite 502.b und einen undotierten mittleren Abschnitt 502c der Photodiode, der über einer Photodiodenkontaktschicht 502f angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen kann ein Photodioden-p+-Abschnitt 502d über der Photodioden-p-Seite 502a angeordnet sein und ein Photodioden-n+-Abschnitt 502e kann über der Photodioden-n-Seite 502.b angeordnet sein. Der Photodioden-p+-Abschnitt 502d und der Photodioden-n+-Abschnitt können jeweils mit einer leitfähigen Durchkontaktierung 518 gekoppelt sein. Eine erste Photodiodenisolatorschicht 502h kann über dem undotierten mittleren Abschnitt 502c der Photodiode angeordnet sein, und eine Seitenwandabstandhalterstruktur 502g umgibt lateral die erste Photodiodenisolatorschicht 502h. In einigen Ausführungsformen können die Photodioden-p-Seite 502a, die Photodioden-n-Seite 502.b und der undotierte mittlere Abschnitt 502c der Photodiode ein anderes Halbleitermaterial umfassen als der erste Wellenleiter 112. In einigen Ausführungsformen kann der erste Wellenleiter 112 Silizium umfassen, während die Photodioden-p-Seite 502a, die Photodioden-n-Seite 502.b und der undotierte mittlere Abschnitt 502c der Photodiode jeweils Germanium umfassen können.
In einigen Ausführungsformen sind mehrere leitfähige Durchkontaktierungen 518 und mehrere leitfähige Drähte 520 innerhalb einer Zwischenverbindungsstruktur angeordnet, die über dem Substrat 202 liegt. Die mehreren leitfähigen Durchkontaktierungen und Drähte 518, 520 sind konfiguriert, Halbleitervorrichtungen, die über dem Substrat 202 liegen, elektrisch aneinander zu koppeln. In weiteren Ausführungsformen kontaktiert eine leitfähige Durchkontaktierung 518 die erste dotierte Region 112a des ersten Wellenleiters 112 (nicht dargestellt) und/oder ist elektrisch damit gekoppelt, und eine leitfähige Durchkontaktierung 518 kontaktiert die zweite dotierte Region 112b des ersten Wellenleiters 112 und/oder ist elektrisch damit gekoppelt. So kann ein Signal (z. B. eine Spannung, ein Strom usw.) mittels der leitfähigen Durchkontaktierungen 518 und/oder leitfähigen Drähte 520 über den ersten Wellenleiter 112 aufgebracht werden.
Die mehreren leitfähigen Durchkontaktierungen und/oder Drähte 518, 520 sind innerhalb mehrerer Dielektrikumschichten angeordnet, die über dem Substrat liegen. Beispielsweise umfassen die mehreren Dielektrikumschichten eine erste Dielektrikumschicht 503 und eine zweite Dielektrikumschicht 504, die über der unteren ILD-Struktur 206 liegt. In einigen Ausführungsformen können die ersten und zweiten Dielektrikumschichten 503., 504 beispielsweise konfiguriert sein, die Photodiode 502 zu schützen, und können jeweils aus Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Siliziumdioxid oder dergleichen sein oder diese umfassen. Eine dritte Dielektrikumschicht 506 liegt über der zweiten Dielektrikumschicht 504 und kann beispielsweise aus einem Oxid, wie etwa Siliziumdioxid, einem Dielektrikum mit niedrigem k-Wert, Siliziumoxynitrid oder dergleichen sein oder diese umfassen. Eine untere Ätzstoppschicht 508 liegt über der dritten Dielektrikumschicht 506. In einigen Ausführungsformen kann die untere Ätzstoppschicht 508 beispielsweise aus Siliziumnitrid, Siliziumcarbid oder dergleichen sein oder diese umfassen. Eine Zwischenschichtdielektrikum- (ILD) Schicht 509 liegt über der unteren Ätzstoppschicht 50.8. In weiteren Ausführungsformen kann die ILD-Schicht 509 beispielsweise aus Siliziumdioxid, einem anderen Oxid, einem Dielektrikum mit niedrigem k-Wert, einem Dielektrikum mit extrem niedrigem k-Wert oder dergleichen sein oder diese umfassen. Eine obere Ätzstoppschicht 510 liegt über der ILD-Schicht 509. In weiteren Ausführungsformen kann die obere Ätzstoppschicht 510 beispielsweise Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, Siliziumoxycarbid oder ein anderes geeignetes Dielektrikum sein oder umfassen. Eine vierte Dielektrikumschicht 512 liegt über der oberen Ätzstoppschicht 510. In einigen Ausführungsformen kann die vierte Dielektrikumschicht 512 beispielsweise TetraethylOrthosilikat (TEOS) oder ein anderes geeignetes Dielektrikum sein oder umfassen. Ferner sind eine erste Passivierungsschicht 522 und eine zweite Passivierungsschicht 524 über der oberen Ätzstoppschicht 510 angeordnet. In einigen Ausführungsformen kann die erste Passivierungsschicht 522 beispielsweise undotiertes Silikatglas oder ein anderes geeignetes Dielektrikum sein oder umfassen. In weiteren Ausführungsformen kann die zweiten Passivierungsschicht 524 beispielsweise aus Siliziumnitrid, Siliziumcarbid oder dergleichen sein oder diese umfassen. In einigen Ausführungsformen liegt ein Bondpad 530 über den mehreren leitfähigen Durchkontaktierungen 518 und den mehreren leitfähigen Drähten 520, sodass das Bondpad 530 mittels der leitfähigen Durchkontaktierungen und Drähte 518, 520 elektrisch mit der Photodiode 502 gekoppelt ist. Das Bondpad 530 kann konfiguriert sein, elektrisch Halbleitervorrichtungen, die über dem Substrat 202 angeordnet sind, mit einem anderen integrierten Chip (nicht dargestellt) zu koppeln.
In einigen Ausführungsformen ist der obere leitfähige Körper 110 der Heizungsstruktur 111 entlang einer oberen Fläche der ILD-Schicht 509 angeordnet, die über der unteren Ätzstoppschicht 508 liegt. Ferner sind die Heizdrähte 212 der Heizsäulenstruktur 108 lateral durch die ILD-Schicht 509 und die untere Ätzstoppschicht 508 umgeben. Ferner sind in einigen Ausführungsformen eine untere Fläche und eine obere Fläche der Heizdrähte 212 jeweils an einer unteren Fläche und einer oberen Flächen der leitfähigen Drähte 520 angeordnet, die innerhalb einer untersten Schicht der mehreren leitfähigen Drähte 520 angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen ist die unterste Schicht der mehreren leitfähigen Drähte 520 gleichzeitig mit den Heizdrähten 212 gebildet, beispielsweise durch einen Einzeldamaszenprozess oder einen Dualdamaszenprozess. Weiterhin erstrecken sich die Heizdurchkontaktierungen 210 von den Heizdrähten 212 zu der unteren Säulenstruktur 208 durch die ersten, zweiten und dritten Dielektrikumschichten 503., 504., 506. In einigen Ausführungsformen sind eine untere Fläche und eine obere Fläche der Heizdurchkontaktierungen 210 jeweils an einer unteren Fläche und einer oberen Flächen der leitfähigen Durchkontaktierungen 518 angeordnet, die innerhalb einer untersten Schicht der mehreren leitfähigen Durchkontaktierungen 518 angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen ist die unterste Schicht der mehreren leitfähigen Durchkontaktierungen 518 gleichzeitig mit den Heizdurchkontaktierungen 210 gebildet, beispielsweise durch einen Einzeldamaszenprozess oder einen Dualdamaszenprozess. In einigen Ausführungsformen können die leitfähigen Durchkontaktierungen 518 und die Heizdurchkontaktierungen 210 beispielsweise aus einem selben Material, wie etwa Kupfer, Aluminium, Wolfram, einer Kombination der zuvor genannten Punkte oder dergleichen sein oder diese umfassen. In weiteren Ausführungsformen können die leitfähigen Drähte 520 und die Heizdrähte 212 beispielsweise aus einem selben Material, wie etwa Kupfer, Aluminium, Wolfram, einer Kombination der zuvor genannten Punkte oder dergleichen sein oder diese umfassen.
6 bis 12. illustrieren Querschnittansichten 600 bis 1200 einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Bilden einer Modulatorvorrichtung, die eine Heizungsstruktur aufweist, die über einer Wellenleiterstruktur nach dieser Erfindung liegt, und diese zumindest teilweise lateral umgibt. Wenn auch die Querschnittansichten 600 bis 1200 aus 6 bis 12. mit Verweis auf ein Verfahren beschrieben sind, ist zu verstehen, dass die Strukturen aus 6 bis 12. nicht auf das Verfahren beschränkt sind, sondern getrennt von dem Verfahren genommen werden können. Wenn auch 6 bis 12. als eine Reihe von Handlungen beschrieben sind, ist zu verstehen, dass diese Handlungen nicht eingeschränkt sind, sodass die Reihenfolge der Handlungen in anderen Ausführungsformen geändert werden kann und die offenbarten Verfahren auch auf andere Strukturen anwendbar sind. In anderen Ausführungsformen können einige Handlungen, die illustriert und/oder beschrieben sind, ganz oder teilweise ausgelassen werden.
Wie in der Querschnittansicht 600 aus 6 gezeigt ist, ist eine Halbleitersubstratstruktur 604 bereitgestellt. In einigen Ausführungsformen kann die Halbleitersubstratstruktur 604 beispielsweise ein Silizium-auf-Isolator- (SOI) Substrat sein oder umfassen. Die Halbleitersubstratstruktur 604 kann ein Substrat 202, eine dielektrische Bulkstruktur 204 und eine Vorrichtungsschicht 602 umfassen. Die dielektrische Bulkstruktur 204 ist zwischen der Vorrichtungsschicht 602 und dem Substrat 202 angeordnet. In weiteren Ausführungsformen ist die dielektrische Bulkstruktur 204 über dem Substrat 202 gebildet und die Vorrichtungsschicht 602 ist über der dielektrischen Bulkstruktur 204 gebildet. In einigen Ausführungsformen kann die dielektrische Bulkstruktur 204 beispielsweise ein Oxid, wie etwa Siliziumdioxid, oder ein anderes geeignetes Dielektrikum sein oder umfassen. In weiteren Ausführungsformen kann das Substrat 202 und/oder die Vorrichtungsschicht 602 beispielsweise jeweils aus intrinsischem Silizium, Bulksilizium, einem anderen geeigneten Bulksubstratmaterial oder dergleichen sein oder diese umfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtungsschicht 602 ein selbes Material wie das Substrat 202.
Wie in der Querschnittansicht 700 aus 7 gezeigt ist, ist die Vorrichtungsschicht (602 aus 6) strukturiert, wodurch ein erster Wellenleiter 112 und eine untere Säulenstruktur 208 definiert wird. In einigen Ausführungsformen definiert der Strukturierungsprozess ferner einen zweiten Wellenleiter (115 aus 3A bis C oder 4A bis B), der optisch mit dem ersten Wellenleiter 112 gekoppelt ist. In noch weiteren Ausführungsformen kann ein Draufsichtlayout des ersten Wellenleiters 112 und/oder des zweiten Wellenleiters (115 aus 3A bis C oder 4A bis B) nach dem Strukturierungsprozess aus 7 den Draufsichten 300a-c oder 400a-b aus 3A bis C oder 4A bis B entsprechen. So sind in einigen Ausführungsformen der erste Wellenleiter 112, der zweite Wellenleiter (115 aus 3A bis C oder 4A bis B) und die untere Säulenstruktur 208 gleichzeitig gebildet. Ferner ist der erste Wellenleiter 112 in einer solchen Weise gebildet, dass er einen lateralen Abstand zwischen inneren Seitenwänden der unteren Säulenstruktur 208 aufweist. In einigen Ausführungsformen kann der Strukturierungsprozess umfassen: Bilden einer Maskierungsschicht (nicht dargestellt) über der Vorrichtungsschicht (602 aus 6); Offenlegen nicht markierter Regionen der Vorrichtungsschicht (602 aus 6) für ein oder mehrere Ätzmittel, wodurch der erste Wellenleiter 112, die untere Säulenstruktur 208 und der zweite Wellenleiter (115 aus 3A bis C oder 4A bis B) definiert wird; und Durchführen eines Entfernungsprozesses zum Entfernen der Maskierungsschicht.
Wie in der Querschnittansicht 800 aus 8 gezeigt ist, wird ein Ionenimplantierungsprozess auf den ersten Wellenleiter 112 ausgeführt, um eine erste dotierte Region 112a und eine zweite dotierte Region 112b innerhalb des ersten Wellenleiters 112 zu definieren. In einigen Ausführungsformen umfasst die erste dotierte Region 112a einen ersten Dotierungstyp (z. B. Typ p) und die zweite dotierte Region 112b umfasst einen zweiten Dotierungstyp (z. B Typ n), der dem ersten Dotierungstyp entgegengesetzt ist. In verschiedenen Ausführungsformen ist der erste Dotierungstyp vom Typ n und der zweite Dotierungstyp vom Typ p oder umgekehrt. In weiteren Ausführungsformen umfasst der Ionenimplantierungsprozess selektives Implantieren von Ionen in den ersten Wellenleiter 112 einer oder mehreren Maskierungsschichten (nicht dargestellt) entsprechend. Beispielsweise kann ein erster selektiver-Ionenimplantierungsprozess ausgeführt werden, um die erste dotierte Region 112a zu definieren, und ein zweiter selektiver Ionenimplantierungsprozess kann ausgeführt werden, um die zweite dotierte Region 112b zu definieren. In weiteren Ausführungsformen definiert der Ionenimplantierungsprozess eine aktive Region (z. B. 302 aus 3A bis C oder 4A bis B) des ersten Wellenleiters 112 wie illustriert und/oder in 3A bis C oder 4A bis B beschrieben.
Wie in Querschnittansicht 900 aus 9 gezeigt ist, wird ein Stapel der Dielektrikumschichten 902 über der dielektrischen Bulkstruktur 204, dem ersten Wellenleiter 112 und der unteren Säulenstruktur 208 gebildet. In einigen Ausführungsformen umfasst der Stapel der Dielektrikumschichten 902 eine untere Zwischenschichtdielektrikum- (ILD) Struktur 206, eine erste Dielektrikumschicht 503., eine zweite Dielektrikumschicht 504., eine dritte Dielektrikumschicht 506, eine untere Ätzstoppschicht 508 und eine ILD-Schicht 509. In einigen Ausführungsformen können die Schichten innerhalb des Stapels der Dielektrikumschichten 902 beispielsweise jeweils durch physische Gasphasenabscheidung (PVD), chemische Gasphasenabscheidung (CVD), Atomlagenabscheidung (ALD) oder einen anderen geeigneten Abscheidungsprozess abgeschieden werden. In einigen Ausführungsformen können die ersten und zweiten Dielektrikumschichten 503., 504 beispielsweise jeweils aus Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Siliziumdioxid oder dergleichen sein oder diese umfassen. In weiteren Ausführungsformen können die untere ILD-Struktur 206 und/oder die dritte Dielektrikumschicht 506 beispielsweise jeweils aus Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid, Siliziumcarbid, Siliziumdioxid, Borosilikatglas (BSG), Phosphorsilikatglas (PSG), Borphosphosilikatglas (BPSG), einem Dielektrikum mit niedrigem k-Wert oder einem anderen geeigneten Dielektrikum sein oder diese umfassen. In noch weiteren Ausführungsformen kann die untere Ätzstoppschicht 508 beispielsweise aus Siliziumnitrid, Siliziumcarbid oder dergleichen sein oder diese umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die ILD-Schicht 509 beispielsweise ein Oxid, wie etwa Siliziumdioxid, ein Dielektrikum mit niedrigem k-Wert, ein Dielektrikum mit extrem niedrigem k-Wert, eine Kombination der zuvor genannten Punkte oder ein anderes geeignetes Dielektrikum sein oder umfassen.
Wie in der Querschnittansicht 1000 aus 10 gezeigt ist, ist eine obere Säulenstruktur 209 über der unteren Säulenstruktur 208 gebildet und definiert damit die Heizsäulenstruktur 108. Die Heizsäulenstruktur 108 kann die untere Säulenstruktur 208 und die obere Säulenstruktur 209 umfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst die obere Säulenstruktur 209 Heizdurchkontaktierungen 210 und Heizdrähte 212. In verschiedenen Ausführungsformen können die Heizdurchkontaktierungen 210 innerhalb der ersten, zweiten und dritten Dielektrikumschichten 503., 504 und 506 gebildet sein, bevor die untere Ätzstoppschicht 508 über der dritten Dielektrikumschicht 506 abgeschieden wird. In einigen Ausführungsformen können die Heizdurchkontaktierungen 210 durch einen Einzeldamaszenprozess und/oder gleichzeitig mit einer untersten Schicht der leitfähigen Durchkontaktierungen (518 aus 5) gebildet sein. Die Heizdrähte 212 sind innerhalb der unteren Ätzstoppschicht 508 und der ILD-Schicht 509 gebildet. In einigen Ausführungsformen können die Heizdrähte 212 durch einen Einzeldamaszenprozess und/oder gleichzeitig mit der untersten Schicht der leitfähigen Drähte (520 aus 5) gebildet sein.
In einigen Ausführungsformen kann ein Einzeldamaszenprozess, der verwendet wird, die Heizdurchkontaktierungen 210 zu definieren, umfassen: Bilden einer Maskierungsschicht (nicht dargestellt) über der dritten Dielektrikumschicht 506 vor Abscheidung der oberen Ätzstoppschicht 508; Strukturieren der ersten, zweiten, dritten Dielektrikumschichten 503., 504., und 506 und der unteren ILD-Struktur 206, wodurch eine obere Fläche der unteren Säulenstruktur 208 offengelegt wird und mehrere Heizdurchkontaktierungsöffnungen definiert werden; Abscheiden (z. B. durch CVD, PVD, Sputtern, elektroloses Plattieren usw.) eines leitfähigen Materials (z. B. Kupfer, Aluminium, Wolfram, eine Kombination der zuvor genannten Punkte oder dergleichen) in den Heizdurchkontaktierungsöffnungen; und Ausführen eines Planarisierungsprozesses (z. B. eines chemisch-mechanischen Planarisierungs- (CMP) Prozesses) auf das leitfähige Material, bis eine obere Fläche der dritten Dielektrikumschicht 506 erreicht ist, wodurch die Heizdurchkontaktierungen 210 definiert werden. In einigen Ausführungsformen kann ein ähnlicher Einzeldamaszenprozess ausgeführt werden, um die Heizdrähte 212 zu bilden, wobei der Strukturierungsprozess mehrere Heizdrahtöffnungen innerhalb der unteren Ätzstoppschicht 508 und der ILD-Schicht 509 definiert und eine obere Fläche der Heizdurchkontaktierungen 210 freilegt.
In noch weiteren Ausführungsformen können die Heizdurchkontaktierungen 210 und die Heizdrähte 212 gleichzeitig gebildet sein. In solchen Ausführungsformen kann ein Prozess zum Bilden der oberen Säulenstruktur 209 umfassen: das Bilden einer Maskierungsschicht (nicht dargestellt) über der ILD-Schicht 509; das Strukturieren des Stapels der Dielektrikumschichten 902 der Maskierungsschicht entsprechend, wodurch eine obere Säulenstrukturöffnung definiert ist, und das Offenlegen einer oberen Fläche der unteren Säulenstruktur 208; Abscheiden eines leitfähigen Materials (z. B. Wolfram, Aluminium, Kupfer, einer Kombination der zuvor genannten Punkte usw.) in der oberen Säulenstrukturöffnung; und Ausführen eines Planarisierungsprozesses (z. B. eines CMP-Prozesses) in das leitfähige Material, bis eine obere Fläche der ILD-Schicht 509 erreicht ist, wodurch die obere Säulenstruktur 209 definiert wird, was die Heizdurchkontaktierungen 210 und die Heizdrähte 212 umfasst.
Wie in der Querschnittansicht 1100 aus 11 gezeigt ist, wird ein oberer leitfähiger Körper 110 entlang einer oberen Fläche der Heizdrähte 212 und der ILD-Schicht 509 gebildet, wodurch eine Heizungsstruktur 111 definiert wird. In einigen Ausführungsformen kann ein Draufsichtlayout der Heizungsstruktur 111 dem Layout der Heizungsstruktur 111 in den 3A bis C oder 4A bis B entsprechen, sodass die Heizungsstruktur 111 direkt über der aktiven Region des ersten Wellenleiters 112 liegt und diese zumindest teilweise lateral umgibt. In verschiedenen Ausführungsformen ist der obere leitfähige Körper 110 in einer solchen Weise gebildet, dass er direkt über dem ersten Wellenleiter 112 liegt und/oder sich fortlaufend lateral zwischen äußeren Seitenwänden der Heizsäulenstruktur 108 erstreckt. In einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Bilden des oberen leitfähigen Körpers 110 das Abscheiden (z. B. durch CVD, PVD, Sputtern, Elektroplattieren usw.) einer leitfähigen Schicht (z. B. Titannitrid, Tantalnitrid, Titan usw.) über der oberen Fläche der ILD-Schicht 509; Bilden einer Maskierungsschicht (nicht dargestellt) über der leitfähigen Schicht; und Strukturieren der leitfähigen Schicht der Maskierungsschicht entsprechend, wodurch der obere leitfähige Körper 110 definiert wird.
Wie in der Querschnittansicht 1200 aus 12. gezeigt ist, wird eine obere Ätzstoppschicht 510 über dem oberen leitfähigen Körper 110 und der ILD-Schicht 509 gebildet. In einigen Ausführungsformen kann die obere Ätzstoppschicht 510 beispielsweise Siliziumnitrid, Siliziumcarbid oder ein anderes geeignetes Dielektrikum sein oder umfassen. Ferner kann sich die obere Ätzstoppschicht 510 entlang von Seitenwänden und einer oberen Fläche des oberen leitfähigen Körpers 110 erstrecken. Eine vierte Dielektrikumschicht 512 ist über der oberen Ätzstoppschicht 510 gebildet. In einigen Ausführungsformen kann die vierte Dielektrikumschicht 512 beispielsweise Tetraethylorthosilikat (TEOS) oder ein anderes geeignetes Dielektrikum sein oder umfassen. Weiter ist eine zweite ILD-Schicht 1202 über der vierten Dielektrikumschicht 512 gebildet. In einigen Ausführungsformen kann die obere Ätzstoppschicht 510, die vierte Dielektrikumschicht 512 und/oder die zweite ILD-Schicht 1202 jeweils, beispielsweise durch PVD, CVD, ALD oder einen anderen geeignete Abscheidungsprozess abgeschieden werden. In weiteren Ausführungsformen umfasst die zweite ILD-Schicht 1202 ein selbes Material wie die ILD-Schicht 509.
13 illustriert ein Verfahren 1300 zum Bilden einer Modulatorvorrichtung, die eine Heizungsstruktur umfasst, die über einer darunterliegenden Wellenleiterstruktur nach dieser Offenbarung liegt und diese mindestens teilweise lateral umgibt. Wenn auch das Verfahren 1300 als eine Reihe von Handlungen oder Ereignissen illustriert und/oder beschrieben ist, ist zu verstehen, dass das Verfahren nicht auf die illustrierte Reihenfolge oder Handlungen beschränkt ist. So können die Handlungen in einigen Ausführungsformen in anderen Reihenfolgen als illustriert ausgeführt werden und/oder sie können gleichzeitig ausgeführt werden. Ferner können die illustrierten Handlungen oder Ereignisse in einigen Ausführungsformen in mehrere Handlungen oder Ereignisse unterteilt werden, die zu unterschiedlichen Zeiten oder gleichzeitig mit anderen Handlungen oder Unterhandlungen ausgeführt werden können. In einigen Ausführungsformen können einige illustrierte Handlungen oder Ereignisse ausgelassen werden und andere nicht illustrierte Handlungen oder Ereignisse können erhalten sein.
In Handlung 1302 wird ein erster Wellenleiter über einem Substrat gebildet. 7 illustriert eine Querschnittansicht 700, die einigen Ausführungsformen der Handlung 1302 entspricht.
In Handlung 1304 wird eine untere Säulenstruktur über dem Substrat gebildet, sodass der erste Wellenleiter einen lateralen Abstand zwischen inneren Seitenwänden der unteren Säulenstruktur aufweist. 7 illustriert eine Querschnittansicht 700, die einigen Ausführungsformen der Handlung 1304 entspricht.
In Handlung 1306 wird eine Dielektrikumstruktur über der unteren Säulenstruktur und dem ersten Wellenleiter gebildet. 9 illustriert eine Querschnittansicht 900, die einigen Ausführungsformen der Handlung 1306 entspricht.
In Handlung 1308 wird eine obere Säulenstruktur innerhalb der Dielektrikumstruktur und außer der unteren Säulenstruktur gebildet, wodurch eine Heizsäulenstruktur definiert wird. Der erste Wellenleiter weist einen lateralen Abstand zwischen inneren Seitenwänden der Heizsäulenstruktur auf. 10 illustriert eine Querschnittansicht 1000, die einigen Ausführungsformen der Handlung 1308 entspricht.
In Handlung 1310 wird ein oberer leitfähiger Körper über der Heizsäulenstruktur gebildet und definiert damit eine Heizungsstruktur. Der obere leitfähige Körper liegt direkt über dem ersten Wellenleiter und erstreckt sich fortlaufend lateral zwischen äußeren Seitenwänden der Heizsäulenstruktur. 11 illustriert eine Querschnittansicht 1100, die einigen Ausführungsformen der Handlung 1310 entspricht.
Dementsprechend bezieht sich diese Offenbarung auf eine Modulatorvorrichtung, die eine Heizungsstruktur und eine Wellenleiterstruktur umfasst, wobei die Heizungsstruktur direkt über der Wellenleiterstruktur liegt und sie mindestens teilweise lateral umgibt.
In einigen Ausführungsformen stellt diese Anmeldung eine Modulatorvorrichtung bereit, einschließlich eines Eingabeterminals, das konfiguriert ist, einfallendes Licht aufzunehmen; einen ersten Wellenleiter, der eine erste Eingaberegion und eine erste Ausgaberegion aufweist, wobei die erste Eingaberegion mit dem Eingabeterminal gekoppelt ist; einen zweiten Wellenleiter, der optisch mit dem ersten Wellenleiter gekoppelt ist, wobei der zweite Wellenleiter eine zweite Eingaberegion und eine zweite Ausgaberegion aufweist, wobei die zweite Eingaberegion mit dem Eingabeterminal gekoppelt ist; ein Ausgabeterminal, das konfiguriert ist, Ausgangslicht bereitzustellen, das auf Grundlage des einfallenden Lichts moduliert wird, wobei das Ausgabeterminal mit der ersten Ausgaberegion des ersten Wellenleiters und der zweiten Ausgaberegion des zweiten Wellenleiters gekoppelt ist; und eine Heizungsstruktur, die über dem ersten Wellenleiter liegt, wobei eine untere Fläche der Heizungsstruktur an einer unteren Fläche des ersten Wellenleiters ausgerichtet ist, wobei der erste Wellenleiter mit einem lateralen Abstand zwischen Seitenwänden der Heizungsstruktur angeordnet ist.
In einigen Ausführungsformen stellt diese Anmeldung eine Modulatorvorrichtung bereit, die einen ersten Wellenleiter umfasst, der über einem Substrat angeordnet ist und eine aktive Region umfasst, die konfiguriert ist, Licht zu modulieren; einen zweiten Wellenleiter, der über dem Substrat angeordnet ist und optisch mit dem ersten Wellenleiter gekoppelt ist; eine erste Dielektrikumstruktur, die über den ersten und zweiten Wellenleitern angeordnet ist; eine Heizungsstruktur, die in der ersten Dielektrikumstruktur eingebettet ist und über der aktiven Region des ersten Wellenleiters liegt, wobei die Heizungsstruktur einen oberen leitfähigen Körper umfasst, der direkt über der aktiven Region des ersten Wellenleiters liegt; und eine Heizsäulenstruktur, die sich fortlaufend von dem oberen leitfähigen Körper zu einem Punkt unter einer oberen Fläche des ersten Wellenleiters erstreckt, wobei sich der erste Wellenleiter lateral zwischen inneren Seitenwänden der Heizsäulenstruktur befindet, wobei erste Wellenleiter einen lateralen Abstand von nicht null von den inneren Seitenwänden der Heizsäulenstruktur aufweist.
In einigen Ausführungsformen stellt diese Anmeldung ein Verfahren bereit, um eine Modulatorvorrichtung zu bilden, wobei das Verfahren das Bilden eines ersten Wellenleiters über einem Substrat; das Bilden einer unteren Säulenstruktur über dem Substrat, wobei der erste Wellenleiter einen lateralen Abstand zwischen inneren Seitenwänden der unteren Säulenstruktur aufweist; das Abscheiden einer Dielektrikumstruktur über dem ersten Wellenleiter und der unteren Säulenstruktur; das Bilden einer oberen Säulenstruktur über der unteren Säulenstruktur, wobei die obere Säulenstruktur in die Dielektrikumstruktur eingebettet ist; und das Bilden eines oberen leitfähigen Körpers entlang einer oberen Fläche der Dielektrikumstruktur und einer oberen Fläche der oberen Säulenstruktur umfasst, wodurch eine Heizungsstruktur definiert wird. Dabei umfasst die Heizungsstruktur die untere Säulenstruktur, die obere Säulenstruktur und den oberen leitfähigen Körper, wobei der obere leitfähige Körper direkt über dem ersten Wellenleiter liegt.
Obiges umschreibt Merkmale mehrerer Ausführungsformen, sodass Fachleute die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen. Fachleuten sollte bekannt sein, dass sie die vorliegende Offenbarung leicht als Grundlage für den Entwurf oder die Modifizierung anderer Verfahren und Strukturen verwenden können, um dieselben Zwecke zu erfüllen und/oder dieselben Vorteile der hierin vorgestellten Ausführungsformen zu erreichen. Fachleute sollten außerdem verstehen, dass solche entsprechenden Konstruktionen nicht vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen und dass sie verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abänderungen hieran vornehmen können, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.

Claims

Modulatorvorrichtung, umfassend: ein Eingabeterminal, konfiguriert zum Empfangen von einfallendem Licht; einen ersten Wellenleiter, der eine erste Eingaberegion und eine erste Ausgaberegion aufweist, wobei die erste Eingaberegion mit dem Eingabeterminal gekoppelt ist; einen zweiten Wellenleiter, der optisch mit dem ersten Wellenleiter gekoppelt ist, wobei der zweite Wellenleiter eine zweite Eingaberegion und eine zweite Ausgaberegion aufweist, wobei die zweite Eingaberegion mit dem Eingabeterminal gekoppelt ist; ein Ausgabeterminal, konfiguriert, ausgehendes Licht bereitzustellen, das auf Grundlage des einfallenden Lichts moduliert wird, wobei das Ausgabeterminal mit der ersten Ausgaberegion des ersten Wellenleiters und der zweiten Ausgaberegion des zweiten Wellenleiters gekoppelt ist; und eine Heizungsstruktur, die über dem ersten Wellenleiter liegt, wobei eine untere Fläche der Heizungsstruktur an einer unteren Fläche des ersten Wellenleiters ausgerichtet ist, wobei der erste Wellenleiter in einem lateralen Abstand zwischen den Seitenwänden der Heizungsstruktur platziert ist.
Modulatorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Heizungsstruktur umfasst: einen oberen leitfähigen Körper, der direkt über dem ersten Wellenleiter liegt; und eine Heizsäulenstruktur, die sich fortlaufend von einer unteren Fläche des oberen leitfähigen Körpers zu einem Punkt erstreckt, der an einer oberen Fläche des ersten Wellenleiters ausgerichtet ist.
Modulatorvorrichtung nach Anspruch 2, wobei ein unterer Abschnitt der Heizsäulenstruktur und des ersten Wellenleiters ein selbes Material umfassen.
Modulatorvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine maximale Breite des oberen leitfähigen Körpers größer als eine maximale Breite der Heizsäulenstruktur ist.
Modulatorvorrichtung eines der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, wobei der obere leitfähige Körper ein erstes Material umfasst und die Heizsäulenstruktur ein zweites Material umfasst, das sich von dem ersten Material unterscheidet.
Modulatorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, wobei der obere leitfähige Körper vertikal um einen vertikalen Abstand von nicht null gegen den ersten Wellenleiter verschoben ist, wobei der erste Wellenleiter lateral zwischen inneren Seitenwänden der Heizsäulenstruktur angeordnet ist und wobei der erste Wellenleiter lateral um einen Abstand von nicht null gegen den ersten Wellenleiter verschoben ist.
Modulatorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Heizungsstruktur U-förmig ist.
Modulatorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Wellenleiter eine erste dotierte Region und eine zweite dotierte Region umfasst, die an die erste dotierte Region anstößt, wobei die erste dotierte Region einen ersten Dotierungstyp umfasst und die zweite dotierte Region einen zweiten Dotierungstyp umfasst, der dem ersten Dotierungstyp entgegengesetzt ist.
Modulatorvorrichtung, umfassend: einen ersten Wellenleiter, der über einem Substrat angeordnet ist und eine aktive Region umfasst, die konfiguriert ist, Licht zu modulieren; einen zweiten Wellenleiter, der über dem Substrat angeordnet ist und optisch mit dem ersten Wellenleiter gekoppelt ist; eine erste Dielektrikumstruktur, die über den ersten und zweiten Wellenleitern angeordnet ist; eine Heizungsstruktur, die innerhalb der ersten Dielektrikumstruktur angeordnet ist und über der aktiven Region des ersten Wellenleiters liegt, wobei die Heizungsstruktur umfasst: einen oberen leitfähigen Körper, der direkt über der aktiven Region des ersten Wellenleiters liegt; und eine Heizsäulenstruktur, die sich fortlaufend von dem oberen leitfähigen Körper aus zu einem Punkt unter der oberen Fläche des ersten Wellenleiters erstreckt, wobei der erste Wellenleiter lateral zwischen inneren Seitenwänden der Heizsäulenstruktur angeordnet ist, wobei der erste Wellenleiter einen lateralen Abstand von nicht null von den inneren Seitenwänden der Heizsäulenstruktur aufweist.
Modulatorvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Heizsäulenstruktur eine obere Säulenstruktur und eine untere Säulenstruktur umfasst, die unter der oberen Säulenstruktur liegt, wobei die untere Säulenstruktur ein selbes Material umfasst wie der erste Wellenleiter.
Modulatorvorrichtung nach Anspruch 10, wobei eine untere Fläche der unteren Säulenstruktur an einer unteren Fläche des ersten Wellenleiters ausgerichtet ist und eine obere Fläche der unteren Säulenstruktur an einer oberen Fläche des ersten Wellenleiters ausgerichtet ist.
Modulatorvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei die obere Säulenstruktur einen Heizdraht und eine Heizdurchkontaktierung umfasst, die unter dem Heizdraht liegt, wobei der Heizdraht direkt mit dem oberen leitfähigen Körper in Kontakt ist.
Modulatorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12, wobei die obere Säulenstruktur eine erste Wärmeleitfähigkeit aufweist und die untere Säulenstruktur eine zweite Wärmeleitfähigkeit aufweist, die geringer ist als die erste Wärmeleitfähigkeit.
Modulatorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 12, wobei die erste Dielektrikumstruktur ein Dielektrikum mit einer Wärmeleitfähigkeit umfasst, die geringer ist als eine Wärmeleitfähigkeit der Heizungsstruktur.
Modulatorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 14, wobei die Heizsäulenstruktur ein erstes Säulensegment und ein zweites Säulensegment umfasst, wobei die ersten und zweiten Säulensegmente an gegenüberliegenden Seiten des ersten Wellenleiters angeordnet sind, sodass der erste Wellenleiter in einem lateralen Abstand zwischen den ersten und zweiten Säulensegmenten angeordnet ist.
Modulatorvorrichtung nach Anspruch 15, wobei sich der obere leitfähige Körper fortlaufend lateral von dem ersten Säulensegment zu dem zweiten Säulensegment erstreckt.
Modulatorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 16, wobei ein Mindestabstand zwischen der Heizsäulenstruktur und dem ersten Wellenleiter geringer ist als ein Mindestabstand zwischen dem oberen leitfähigen Körper und dem ersten Wellenleiter.
Verfahren zum Bilden einer Modulatorvorrichtung, das Verfahren umfassend: Bilden eines ersten Wellenleiters über einem Substrat; Bilden einer unteren Säulenstruktur über dem Substrat, wobei der erste Wellenleiter einen lateralen Abstand zwischen inneren Seitenwänden der unteren Säulenstruktur aufweist; Abscheiden einer Dielektrikumstruktur über dem ersten Wellenleiter und der unteren Säulenstruktur; Bilden einer oberen Säulenstruktur über der unteren Säulenstruktur, wobei die obere Säulenstruktur in die Dielektrikumstruktur eingebettet ist; und Bilden eines oberen leitfähigen Körpers entlang einer oberen Fläche der Dielektrikumstruktur und einer oberen Fläche der oberen Säulenstruktur, wodurch eine Heizungsstruktur definiert ist. Dabei umfasst die Heizungsstruktur die untere Säulenstruktur, die obere Säulenstruktur und den oberen leitfähigen Körper, wobei der obere leitfähige Körper direkt über dem ersten Wellenleiter liegt.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Bilden des ersten Wellenleiters und der unteren Säulenstruktur umfasst: Bilden einer Vorrichtungsschicht über dem Substrat, wobei die Vorrichtungsschicht ein selbes Material wie das Substrat umfasst; und Strukturieren der Vorrichtungsschicht, wodurch der erste Wellenleiter und die untere Säulenstruktur definiert wird, wobei der erste Wellenleiter und die untere Säulenstruktur gleichzeitig gebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, ferner umfassend: Durchführen eines Ionenimplantierungsprozesses an einem ersten Wellenleiter zum Definieren einer ersten dotierten Region und einer zweiten dotierten Region innerhalb des ersten Wellenleiters, wobei die erste dotierte Region einen ersten Dotierungstyp umfasst und die zweite dotierte Region einen zweiten Dotierungstyp umfasst, der dem ersten Dotierungstyp entgegengesetzt ist.