DE102021101495A1

DE102021101495A1 - Gestapelte wellenleiterpolarisatoren mit leitfähigen oxidstreifen

Info

Publication number: DE102021101495A1
Application number: DE102021101495.6A
Authority: DE
Inventors: Yusheng Bian; Won Suk LEE
Original assignee: GlobalFoundries US Inc
Current assignee: GlobalFoundries US Inc
Priority date: 2020-04-15
Filing date: 2021-01-25
Publication date: 2021-10-21
Anticipated expiration: 2041-01-26
Also published as: CN113534334B; CN113534334A; US11385408B2; US20210325603A1; DE102021101495B4

Abstract

Strukturen für einen Polarisator und Verfahren zur Herstellung einer Struktur für einen Polarisator. Ein Polarisator weist einen ersten Wellenleiterkern und eine Schicht auf, die neben einer Seitenfläche des ersten Wellenleiterkerns angeordnet ist. Die Schicht ist aus einem ersten Material gebildet, das eine Dielektrizitätskonstante mit einem Imaginärteil aufweist, der im Bereich von 0 bis etwa 15 liegt. Ein zweiter Wellenleiterkern ist über dem ersten Wellenleiterkern angeordnet. Der zweite Wellenleiterkern ist aus einem zweiten Material gebildet, das sich in der Zusammensetzung von dem ersten Material unterscheidet.

Description

Hintergrund
Die vorliegende Erfindung betrifft Photonik-Chips und insbesondere Strukturen für einen Polarisator und Verfahren zur Bildung einer Struktur für einen Polarisator.
Photonik-Chips werden in vielen Anwendungen und Systemen, wie Datenkommunikationssystemen und Datenberechnungssystemen, verwendet. Ein Photonik-Chip integriert optische Komponenten, wie Wellenleiter, optische Schalter, Polarisatoren, und elektronische Komponenten, wie Feldeffekttransistoren, in eine einheitliche Plattform. Neben anderen Faktoren können Layoutfläche, Kosten und Betriebsaufwand durch die Integration beider Arten von Komponenten reduziert werden.
Polarisatoren stellen eine Art einer optischen Komponente dar, die häufig in Photonik-Chips zu finden ist. Ein Polarisator ist so konfiguriert, dass er ein optisches Signal mit mehreren Modi (z.B. transversal-elektrischer (TE) Modus und transversal-magnetischer (TM) Modus) empfängt und sich nur ein Modus ausbreiten kann, während der andere Modus eliminiert wird. Polarisatoren, die den transversalen magnetischen Modus durchlassen, weisen einen großen Footprint auf, der eine erhebliche Layoutfläche auf dem Photonik-Chip verbraucht.
Es sind verbesserte Strukturen für einen Polarisator und Verfahren zum Bilden einer Struktur für einen Polarisator erforderlich.
Zusammenfassung
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Struktur einen Polarisator mit einem ersten Wellenleiterkern und einer Schicht, die neben einer Seitenfläche des ersten Wellenleiterkerns angeordnet ist. Die Schicht ist aus einem ersten Material gebildet, das eine Dielektrizitätskonstante mit einem Imaginärteil aus einem Bereich von 0 bis etwa 15 aufweist. Ein zweiter Wellenleiterkern ist über dem ersten Wellenleiterkern angeordnet. Der zweite Wellenleiterkern ist aus einem zweiten Material gebildet, das sich in der Zusammensetzung von dem ersten Material unterscheidet.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden einer Struktur für einen Polarisator bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Bilden eines ersten Wellenleiterkerns, ein Bilden einer Schicht, die neben einer Seitenfläche des ersten Wellenleiterkerns angeordnet ist, und ein Bilden eines zweiten Wellenleiterkerns, der über dem ersten Wellenleiterkern angeordnet ist. Die erste Schicht ist aus einem ersten Material gebildet, das eine Dielektrizitätskonstante mit einem Imaginärteil aus einem Bereich von 0 bis etwa 15 aufweist, und der zweite Wellenleiterkern ist aus einem zweiten Material gebildet, das sich in der Zusammensetzung von dem ersten Material unterscheidet.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen, die in diese Beschreibung miteinbezogen sind und einen Teil dieser Beschreibung bilden, stellen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung dar und dienen zusammen mit der allgemeinen Beschreibung der Erfindung oben und der detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen unten zur Erklärung der Ausführungsformen der Erfindung. In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Merkmale in den verschiedenen Ansichten.

1 ist eine schematische Aufsicht eines Photonik-Chips, der eine Struktur in einer anfänglichen Herstellungsphase eines Verarbeitungsverfahrens gemäß Ausführungsformen der Erfindung aufweist.
2 ist eine Querschnittsansicht der Struktur, die allgemein entlang der Linie 2-2 in 1 verläuft.
2A ist eine Querschnittsansicht der Struktur, die allgemein entlang der Linie 2A-2A in 1 verläuft.
3 ist eine schematische Aufsicht auf die Struktur in einer Herstellungsphase des Verarbeitungsverfahrens gemäß 1.
4 ist eine Querschnittsansicht der Struktur, die allgemein entlang der Linie 4-4 in 3 verläuft.
4A ist eine Querschnittsansicht der Struktur, die allgemein entlang der Linie 4A-4A in 3 verläuft.
5 und 5A sind Querschnittsansichten der Struktur in einer auf 4 und 4A folgenden Herstellungsphase.
6 ist eine Aufsicht auf eine Struktur gemäß alternativen Ausführungsformen der Erfindung.
7-8 sind Querschnittsansichten von Strukturen gemäß alternativen Ausführungsformen der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung
Mit Bezug auf 1, 2, 2A und gemäß Ausführungsformen der Erfindung umfasst eine Struktur 10 einen Wellenleiterkern 12, einen Wellenleiterkern 14 und einen Polarisator 16, der seitlich zwischen dem Wellenleiterkern 12 und dem Wellenleiterkern 14 angeordnet ist. Die Wellenleiterkerne 12, 14 und der Polarisator 16 sind über einer dielektrischen Schicht 18 angeordnet. Der Polarisator 16 umfasst einen Wellenleiterkern 20, eine Verjüngung 22, die den Wellenleiterkern 20 mit dem Wellenleiterkern 12 koppelt, und eine Verjüngung 24, die den Wellenleiterkern 20 mit dem Wellenleiterkern 14 koppelt. Der Wellenleiterkern 12, der Wellenleiterkern 20 und die Verjüngungen 22, 24 des Polarisators 16 sowie der Wellenleiterkern 14 können sich in Längsrichtung entlang einer Längsachse 26 erstrecken. Der Wellenleiterkern 20 und die Verjüngungen 22, 24 weisen gegenüberliegende Seitenwände oder Seitenflächen 19, 21 auf, die mit den gegenüberliegenden Seitenflächen des Wellenleiterkerns 12 und mit den gegenüberliegenden Seitenflächen des Wellenleiterkerns 14 ineinander übergehen.
Der Wellenleiterkern 12, der Wellenleiterkern 20 und die Verjüngungen 22, 24 des Polarisators 16 und der Wellenleiterkern 14 können aus einem einkristallinen Halbleitermaterial, wie einkristallinem Silizium, gebildet sein. In einer Ausführungsform kann das einkristalline Halbleitermaterial aus einer Vorrichtungsschicht eines Silizium-auf-Isolator (SOI) -Wafers stammen, der außerdem eine vergrabene Oxidschicht, die die dielektrische Schicht 18 bildet, und ein Substrat 23 umfasst, das aus einem einkristallinen Halbleitermaterial, wie z. B. einkristallinem Silizium, gebildet ist. Der Wellenleiterkern 12, der Wellenleiterkern 20 und die Verjüngungen 22, 24 des Polarisators 16 und der Wellenleiterkern 14 können aus einer Schicht aus einkristallinem Halbleitermaterial durch Lithographie- und Ätzprozesse während der Front-End-of-Line-Verarbeitung strukturiert werden. Die Schicht aus Halbleitermaterial kann vollständig geätzt werden, um den Wellenleiterkern 12, den Wellenleiterkern 20 und die Verjüngungen 22, 24 des Polarisators 16 und den Wellenleiterkern 14 wie gezeigt als Rippenwellenleiter festzulegen, oder sie kann alternativ nur teilweise geätzt werden, um Rippenwellenleiter mit einer in der Dicke reduzierten Schicht auf der dielektrischen Schicht 18 festzulegen. Der Wellenleiterkern 12, der Wellenleiterkern 20 und die Verjüngungen 22, 24 des Polarisators 16 und der Wellenleiterkern 14, die gleichzeitig aus derselben Schicht aus einkristallinem Halbleitermaterial gebildet sein können, können koplanare oder im Wesentlichen koplanare Ober- und Unterseiten aufweisen.
Der Wellenleiterkern 12 und der Wellenleiterkern 14 können eine Breite W1 aufweisen und der mit dem Polarisator 16 verbundene Wellenleiterkern 20 kann eine Breite W2 aufweisen. Die Verjüngung 22 kann einen Übergang bilden, der sich von der kleineren Breite W1 des Wellenleiterkerns 12 zur größeren Breite W2 des dem Polarisator 16 zugeordneten Wellenleiterkerns 20 erweitert. Die Verjüngung 24 kann einen Übergang bilden, der sich von der größeren Breite W2 des dem Polarisator 16 zugeordneten Wellenleiterkerns 20 auf die kleinere Breite W1 des Wellenleiterkerns 14 verjüngt. In einer alternativen Ausführungsform sind die Verjüngungen 22, 24 des Polarisators 16 nicht unbedingt vorhanden, so dass die Wellenleiterkerne 12, 14 und der Wellenleiterkern 20 gleiche Breiten aufweisen können.
Die Schichten 28, 32 sind als ein Schichtpaar neben der Seitenfläche 19 des Wellenleiterkerns 20 des Polarisators 16 ausgebildet und die Schichten 30, 34 sind als ein Schichtpaar neben der gegenüberliegenden Seitenfläche 21 des Wellenleiterkerns 20 des Polarisators 16 ausgebildet. Die Schicht 28 ist seitlich zwischen der Schicht 32 und der Seitenfläche 19 des Wellenleiterkerns 20 angeordnet. Die Schicht 30 ist seitlich zwischen der Schicht 34 und der Seitenfläche 21 des Wellenleiterkerns 20 angeordnet. Die Schichten 28, 32 und die Schichten 30, 34 erstrecken sich in Längsrichtung parallel zur Längsachse 26.
Ein Ende der Schichten 28, 30, 32, 34 kann an oder nahe bei einer Grenzfläche enden, die durch den Schnittpunkt zwischen der Verjüngung 22 und dem Wellenleiterkern 20 festgelegt ist, und ein gegenüberliegendes Ende der Schichten 28, 30, 32, 34 kann an oder nahe bei einer Grenzfläche enden, die durch den Schnittpunkt zwischen der Verjüngung 24 und dem Wellenleiterkern 20 festgelegt ist, so dass die Schichten 28, 30, 32, 34 und der Wellenleiterkern 20 gleiche oder annähernd gleiche Längen L1 aufweisen. In einer Ausführungsform können die Schichten 30, 34 und der Wellenleiterkern 20 mit Bezug auf die dielektrische Schicht 18 gleiche Höhen aufweisen. In einer Ausführungsform können die Schichten 30, 34 eine größere Höhe als der Wellenleiterkern 20 aufweisen. In einer Ausführungsform können die Schichten 30, 34 in der Höhe kürzer sein als der Wellenleiterkern 20.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Schicht 28 nicht unbedingt vorhanden, so dass die Schicht 32 mit der Seitenfläche 19 des Wellenleiterkerns 20 in direktem Kontakt steht. In einer alternativen Ausführungsform ist die Schicht 30 nicht unbedingt vorhanden, so dass die Schicht 34 mit der Seitenfläche 21 des Wellenleiterkerns 20 in direktem Kontakt steht. In einer alternativen Ausführungsform sind die Schichten 30, 34 nicht unbedingt vorhanden, so dass die Seitenfläche 21 des Wellenleiterkerns 20 freiliegt und unbedeckt ist, und der Polarisator 16 kann nur die Schichten 28, 32 umfassen, die neben der Seitenfläche 19 des Wellenleiterkerns 20 angeordnet sind und diese bedecken.
Die Schichten 28, 30 können aus einem dielektrischen Material, wie z. B. Siliziumdioxid, gebildet sein, das einen niedrigeren Brechungsindex als das Material des Wellenleiterkerns 20 (z. B. einkristallines Silizium) aufweist. Die Schichten 28, 30 können durch ein Abscheiden einer konformen Schicht aus ihrem dielektrischen Material über dem Polarisator 16, ein Strukturieren der konformen Schicht mit Lithographie- und Ätzverfahren zum Entfernen der Schichten 28, 30 aus anderen Bereichen als der Umgebung des Polarisators 16 und ein Ätzen der konform abgeschiedenen und strukturierten Schicht mit einem anisotropen Ätzverfahren, wie z. B. einem reaktiven lonenätzen, als Seitenwandabstandshalter gebildet werden. Die Schichten 28, 30 sind an den Seitenwänden der Wellenleiterkerne 12, 14 und in der anschaulichen Ausführungsform auch an den Seitenflächen 19, 21 der Verjüngungen 22, 24 nicht vorhanden. Die Schichten 28, 30 können eine gleichmäßige Dicke über ihre jeweilige Länge in einer Richtung parallel zur Längsachse 26 aufweisen. In der anschaulichen Ausführungsform weisen die Schicht 28 und die Schicht 30 gleiche Dicken auf. In einer alternativen Ausführungsform weisen die Schicht 28 und die Schicht 30 ungleiche Dicken auf, die durch eine separate Bildung bereitgestellt werden. In einer Ausführungsform können die Schichten 28, 30 gebildet werden, bevor die Schichten 32, 34 gebildet werden. Die jeweiligen Unterseiten der Schichten 28, 30 können mit der dielektrischen Schicht 18 in direktem Kontakt stehen.
Die Schichten 32, 34 können jeweils aus einem Material gebildet sein, das eine andere Zusammensetzung als die Materialien der Schichten 28, 30 und des Wellenleiterkerns 20 aufweist. In Ausführungsformen können die Schichten 32, 34 aus einem Material mit einer Dielektrizitätskonstante gebildet sein, die einen Realteil in einem Bereich von etwa minus zwanzig (-20) bis etwa plus zwanzig (+20) und einen Imaginärteil in einem Bereich von null (0) bis etwa fünfzehn (15) aufweist, In einer Ausführungsform können die Schichten 32, 34 aus einem Material gebildet sein, das nicht elektrooptisch aktiv ist, so dass sich der Brechungsindex, der mit der Permittivität zusammenhängt, nicht mit der angelegten Vorspannung ändert. In einer Ausführungsform können die Schichten 32, 34 aus einem leitfähigen Oxid gebildet sein, und in einer Ausführungsform kann das leitfähige Oxid transparent sein. In einer Ausführungsform können die Schichten 32, 34 aus einem Metallvanadat gebildet sein, wie z. B. Calciumvanadat oder Strontiumvanadat. In einer Ausführungsform können die Schichten 30, 34 aus einem Metalloxid, wie z. B. Indiumzinnoxid, gebildet sein.
Die Schichten 32, 34 können dazu dienen, den Einschluss der geführten optischen Signale der TM-Modenkomponente innerhalb des Polarisators 16 zu erhöhen und dadurch den Verlust zu verringern, während sie auch eine Verringerung der Grundfläche des Polarisators 16 ermöglichen. Der Polarisator 16 ist frei von Edelmetallen, wie z. B. Gold oder Silber, und die Herstellung des Polarisators 16 ist vollständig kompatibel mit komplementären Metall-Oxid-Halbleiterprozessen.
Die Schichten 32, 34 können durch Abscheiden einer konformen Schicht aus ihrem erzeugenden Material über dem Polarisator 16 und durch Strukturieren mittels Lithographie- und Ätzprozessen zum Entfernen von nichtmaskierten Abschnitten der konformen Schicht als Seitenwandabstandshalter gebildet werden. Der Ätzprozess kann ein anisotroper Ätzprozess sein, wie z. B. ein reaktives lonenätzen. In einer alternativen Ausführungsform können die unmaskierten Abschnitten der konformen Schicht teilweise geätzt werden, so dass eine dünne Schicht des die Schichten 32, 34 erzeugenden Materials auf der dielektrischen Schicht 18 vorhanden und mit der Basis der Schichten 32, 34 verbunden ist.
Die Schichten 32, 34 sind an den Seitenwänden der Wellenleiterkerne 12, 14 und in der dargestellten Ausführungsform auch an den Seitenflächen 19, 21 der Verjüngungen 22, 24 nicht vorhanden. Die Schichten 32, 34 können eine gleichmäßige Dicke über ihre jeweilige Länge in einer Richtung parallel zur Längsachse 26 aufweisen. In der anschaulichen Ausführungsform weisen die Schicht 32 und die Schicht 34 eine gleiche Dicke auf. In einer alternativen Ausführungsform können die Schicht 32 und die Schicht 34 ungleiche Dicken aufweisen, die durch ein separates Bilden bereitgestellt werden. In einer Ausführungsform können die Schichten 32, 34 gebildet werden, nachdem die Schichten 28, 30 gebildet wurden. Die jeweiligen Unterseiten der Schichten 32, 34 sind mit der dielektrischen Schicht 18 in direktem Kontakt.
Mit Bezug auf die 3, 4, 4A, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Merkmale in den 1, 2, 2A beziehen, wird in einer nachfolgenden Herstellungsphase eine dielektrische Schicht 38 über den Wellenleiterkernen 12, 14 und dem Polarisator 16 gebildet. Die dielektrische Schicht 38 kann aus einem dielektrischen Material, wie z. B. Siliziumdioxid, gebildet sein, das durch eine chemische Gasphasenabscheidung abgeschieden und z. B. durch chemisch-mechanisches Polieren planarisiert wird, um die Topographie zu entfernen. Die Wellenleiterkerne 12, 14 und der Polarisator 16 sind in das dielektrische Material der dielektrischen Schicht 38 eingebettet und vergraben.
Auf der dielektrischen Schicht 38 ist ein abgeschnittener Wellenleiterkern 39 ausgebildet. Der abgeschnittene Wellenleiterkern 39 befindet sich in einer anderen Ebene als die Ebene, in der sich der Polarisator 16 befindet, wobei die dielektrische Schicht 38 als niedrigbrechende Schicht zwischen dem Polarisator 16 und dem abgeschnittenen Wellenleiterkern 39 angeordnet ist. In einer Ausführungsform kann der abgeschnittene Wellenleiterkern 39 durch Abscheiden einer Schicht aus dem Material, aus dem er besteht, auf der dielektrischen Schicht 38 und Strukturieren der abgeschiedenen Schicht mittels Fotolithografie- und Ätzprozessen gebildet werden. Der abgeschnittene Wellenleiterkern 39 umfasst einen Abschnitt 40, der über dem Wellenleiterkern 20 des Polarisators 16 angeordnet ist, eine Verjüngung 42, die über der Verjüngung 22 des Polarisators 16 angeordnet ist, und eine Verjüngung 44, die über der Verjüngung 24 des Polarisators 16 angeordnet ist. In einer Ausführungsform kann der Abschnitt 40 des abgeschnittenen Wellenleiterkerns 39 in Längsrichtung direkt über dem Wellenleiterkern 20 des Polarisators 16 angeordnet sein, die Verjüngung 42 des abgeschnittenen Wellenleiterkerns 39 kann in Längsrichtung direkt über der Verjüngung 22 des Polarisators 16 angeordnet sein und die Verjüngung 44 des abgeschnittenen Wellenleiterkerns 39 kann in Längsrichtung direkt über der Verjüngung 24 des Polarisators 16 angeordnet sein. In einer alternativen Ausführungsform ist wenigstens eine der Verjüngungen 42, 44 von dem abgeschnittenen Wellenleiterkern 39 nicht unbedingt vorhanden.
Der abgeschnittene Wellenleiterkern 39 kann sich in Längsrichtung entlang einer Längsachse 46 erstrecken. In einer Ausführungsform kann die Längsachse 46 parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Längsachse 26 ausgerichtet sein. Der abgeschnittene Wellenleiterkern 39 kann gegenüberliegende Seitenflächen 47, 48 aufweisen, die an jeweils gegenüberliegenden Enden 49, 49a enden, um eine abgeschnittene Form festzulegen. Der abgeschnittene Wellenleiterkern 39 kann über dem Polarisator 16 an dem Ende 49 enden und kann auch über dem Polarisator 16 an dem Ende 49a enden. In einer Ausführungsform weist der Abschnitt 40 des abgeschnittenen Wellenleiterkerns 39 eine Länge L2 auf, die gleich oder ungefähr gleich der Länge L1 des Wellenleiterkerns 20 des Polarisators 16 sein kann. Der Abschnitt 40 des abgeschnittenen Wellenleiterkerns 39 kann eine Breite W4 aufweisen und die Verjüngungen 42, 44 können sich von der Breite W4 an den jeweiligen Schnittstellen mit den gegenüberliegenden Enden des Abschnitts 40 auf eine kleinere Breite W3 an den gegenüberliegenden Enden 49, 49a verjüngen. In der anschaulichen Ausführungsform kann die Breite W4 des Abschnitts 40 des abgeschnittenen Wellenleiterkerns 39 größer sein als die Breite W2 des Wellenleiterkerns 20 des Polarisators 16. In alternativen Ausführungsformen kann die Breite W4 des Abschnitts 40 des abgeschnittenen Wellenleiterkerns 39 kleiner oder gleich der Breite W2 des Abschnitts 20 des Polarisators 16 sein.
In einer alternativen Ausführungsform können zusätzliche dielektrische Schichten über der dielektrischen Schicht 38 angeordnet und zwischen dem abgeschnittenen Wellenleiterkern 39 und der dielektrischen Schicht 38 positioniert sein. In einer alternativen Ausführungsform kann der abgeschnittene Wellenleiterkern 39 aus einem anderen Material gebildet sein, z. B. aus polykristallinem Silizium (d. h. Polysilizium).
Laserlicht, das sich sowohl mit transversalen magnetischen (TM) als auch transversalen elektrischen (TE) Modenkomponenten ausbreitet, kann auf dem Photonik-Chip 50 durch den Wellenleiterkern 12 zum Polarisator 16 geführt sein. Eine Modenkomponente (z. B. die TE-Modenkomponente) des Laserlichts erfährt im Polarisator 16 einen hohen Verlust. Die andere Modenkomponente (z. B. die TM-Modenkomponente) des Laserlichts kann den Polarisator 16 verlustarm passieren, um durch den Wellenleiterkern 14 weiter zu dem Photonik-Chip 50 geführt zu werden. Der abgeschnittene Wellenleiterkern 39 kann dazu dienen, das Extinktionsverhältnis des Polarisators 16 zu erhöhen, um ein Entfernen der unerwünschten Modenkomponente (z. B. der TE-Komponente) zu verbessern, und kann auch die Einkopplungsverluste reduzieren.
Mit Bezug auf die 5, 5A, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Merkmale in den 4, 4A beziehen, und in einer nachfolgenden Herstellungsphase wird ein Back-End-of-Line-Stapel 60 über den Wellenleiterkernen 12, 14, dem Polarisator 16 und dem abgeschnittenen Wellenleiterkern 39 gebildet. Der Back-End-of-Line-Stapel 60 weist dielektrische Zwischenschichten 62, die aus dielektrischem Material, wie z. B. Siliziumdioxid, gebildet sind, und eine Metallisierung auf, die aus einem Metall, wie z. B. Kupfer oder Aluminium, gebildet und in den dielektrischen Zwischenschichten 62 angeordnet ist, um Metallisierungsebenen festzulegen. In einer Ausführungsform kann die Metallisierung im Raum über dem Polarisator 16 und dem abgeschnittenen Wellenleiterkern 39 im Back-End-of-Line-Stapel 60 fehlen.
Die Struktur 10 kann in jeder ihrer hier beschriebenen Ausführungsformen in einen Photonik-Chip 50 (1) integriert sein, der elektronische Komponenten 52 und zusätzliche optische Komponenten 54 aufweist. Zum Beispiel können die elektronischen Komponenten 52 Feldeffekttransistoren umfassen, die durch eine CMOS-Front-End-of-Line (FEOL) - Verarbeitung hergestellt werden.
In einer alternativen Ausführungsform können die Wellenleiterkerne 12, 14 und der Polarisator 16 aus einem dielektrischen Material (z. B. Siliziumnitrid) gebildet und in einer Metallisierungsebene des Back-End-of-Line-Stapels 60 angeordnet sein, wobei der abgeschnittene Wellenleiterkern 29 in einer höheren Metallisierungsebene des Back-End-of-Line-Stapels 60 angeordnet ist. In einer alternativen Ausführungsform können die Wellenleiterkerne 12, 14 aus einem dielektrischen Material (z. B. Siliziumnitrid) gebildet und im Back-End-of-Line-Stapel 60 angeordnet sein. Der Wellenleiterkern 20 und die Verjüngungen 22, 24 des Polarisators 16 können aus einem einkristallinen Halbleitermaterial (z. B. einkristallines Silizium) gebildet sein und entsprechende Koppler können verwendet werden, um das Laserlicht vom Wellenleiterkern 12 zum Polarisator 16 und nach der Polarisation vom Polarisator 16 zum Wellenleiterkern 14 zu übertragen. In einer alternativen Ausführungsform können die Wellenleiterkerne 12, 14 aus einem einkristallinen Halbleitermaterial (z.B. einkristallines Silizium) gebildet sein, der Wellenleiterkern 20 und die Verjüngungen 22, 24 des Polarisators 16 können aus einem dielektrischen Material (z.B. Siliziumnitrid) gebildet sein und entsprechende Koppler können verwendet sein, um das Laserlicht vom Wellenleiterkern 12 zum Polarisator 16 und nach der Polarisierung vom Polarisator 16 zum Wellenleiterkern 14 zu übertragen.
Mit Bezug auf 6, in der sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Merkmale in 1 beziehen, und gemäß alternativen Ausführungsformen der Erfindung können die Schichten 28, 32 in der Länge verlängert sein, so dass sie neben der Seitenfläche 19 der Verjüngungen 22, 24 angeordnet sind, und die Schichten 30, 34 können in der Länge verlängert sein, um neben der Seitenfläche 21 der Verjüngungen 22, 24 angeordnet zu sein. Die Schichten 28, 32 und die Schichten 30, 34 können an oder ungefähr an der Schnittstelle enden, die durch den Schnittpunkt zwischen der Verjüngung 22 und dem Wellenleiterkern 12 festgelegt ist. Die Schichten 28, 32 und Schichten 30, 34 können auch an oder ungefähr an der Grenzfläche enden, die durch den Schnittpunkt zwischen der Verjüngung 24 und dem Wellenleiterkern 14 festgelegt ist.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Schicht 28 nicht unbedingt vorhanden, so dass die Schicht 32 mit der Seitenfläche 19 des Wellenleiterkerns 20 und den Verjüngungen 22, 24 in direktem Kontakt steht. In einer alternativen Ausführungsform ist die Schicht 30 nicht unbedingt vorhanden, so dass die Schicht 34 mit der Seitenfläche 21 des Wellenleiterkerns 20 in direktem Kontakt steht. In einer alternativen Ausführungsform sind die Schicht 30 und die Schicht 34 nicht unbedingt vorhanden, so dass die Seitenfläche 21 des Wellenleiterkerns 20 und die Verjüngungen 22, 24 unbedeckt sind, und der Polarisator 16 kann nur die Schichten 28, 32 umfassen, die neben der Seitenfläche 19 des Wellenleiterkerns 20 und den Verjüngungen 22, 24 angeordnet sind.
Mit Bezug auf 7, in der sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Merkmale in 5 beziehen, und gemäß alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann eine dielektrische Schicht 56 auf der dielektrischen Schicht 38 zwischen dem Polarisator 16 und dem abgeschnittenen Wellenleiterkern 39 angeordnet sein. Die dielektrische Schicht 56 kann aus einem dielektrischen Material, wie z. B. Siliziumnitrid, gebildet sein und ist im Gegensatz zu der abgeschiedenen Schicht, die zur Bildung des abgeschnittenen Wellenleiterkerns 39 verwendet wird, nicht unbedingt strukturiert.
Mit Bezug auf 8, in der sich ähnliche Bezugszeichen auf ähnliche Merkmale in 5 beziehen, und gemäß alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann eine zusätzliche Schicht 32a ähnlich der Schicht 32 angrenzend an die Seitenfläche 19 des Wellenleiterkerns 20 bereitgestellt sein und es kann eine zusätzliche Schicht 34a ähnlich der Schicht 34 neben der Seitenfläche 21 des Wellenleiterkerns 20 bereitgestellt sein. Eine zusätzliche Schicht 28a, ähnlich der Schicht 28, kann seitlich als Trennschicht zwischen der Schicht 32 und der Schicht 32a vorgesehen sein. Eine zusätzliche Schicht 30a, ähnlich der Schicht 30, kann seitlich als Separator zwischen der Schicht 34 und der Schicht 34a bereitgestellt sein. In einer alternativen Ausführungsform können sich die Schichten 28, 30, die Schichten 28a, 30a, die Schichten 32, 34 und die Schichten 32a, 34a in ihrer Länge entlang der Seitenflächen 19, 21 der Verjüngungen 22, 24 erstrecken, wie in 6 gezeigt ist. In einer alternativen Ausführungsform sind die Schichten 30, 34 nicht unbedingt vorhanden, so dass zwischen den Seitenflächen 19, 21 und den Schichten 32, 34, die den Seitenflächen 19, 21 am nächsten sind, ein direkter Kontakt hergestellt ist.
Die oben beschriebenen Verfahren werden bei der Herstellung von integrierten Schaltungschips verwendet. Die resultierenden integrierten Schaltungschips können vom Hersteller in der Form von rohen Wafern (z.B. als ein einziger Wafer mit mehreren ungepackten Chips), als nackter Chip oder in einer verpackten Form vertrieben werden. Im letzteren Fall wird der Chip in einem Einzelchip-Gehäuse (z.B. einem Kunststoffträger mit Anschlussdrähten, die auf einer Hauptplatine oder einem anderen übergeordneten Träger befestigt sind) oder in einem Multichip-Gehäuse (z.B. einem Keramikträger mit Oberflächenverbindungen und/oder vergrabene Verbindungen) montiert. Das Endprodukt kein ein jedes Produkt sein, das integrierte Schaltungschips umfasst, wie zum Beispiel Computerprodukte mit einem Zentralprozessor oder Smartphones.
Eine Bezugnahme hierin auf Begriffe, die durch eine ungenaue Sprache modifiziert sind, wie „ungefähr“, „etwa“ und „im Wesentlichen“, sind nicht auf den genau angegebenen Wert beschränkt. Die ungenaue Sprache kann der Genauigkeit eines Instruments entsprechen, das zur Messung des Wertes verwendet wird, und kann, sofern nicht anderweitig von der Genauigkeit des Instruments abhängig, +/- 10% des angegebenen Wertes/der angegebenen Werte angeben.
Eine Bezugnahme auf Begriffe wie „vertikal“, „horizontal“ usw. dienen hier als Beispiel und nicht als Beschränkung, um einen Bezugsrahmen zu schaffen. Der Begriff „horizontal“, wie er hier verwendet wird, ist definiert als eine Ebene parallel zu einer konventionellen Ebene eines Halbleitersubstrats, unabhängig von seiner tatsächlichen dreidimensionalen räumlichen Orientierung. Die Begriffe „vertikal“ und „normal“ beziehen sich auf eine Richtung senkrecht zur gerade definierten Horizontalen. Der Begriff „lateral“ bzw. „seitlich“ bezieht sich auf eine Richtung innerhalb der horizontalen Ebene.
Ein Merkmal, das mit einem anderen Merkmal „verbunden“ oder „gekoppelt“ ist, kann mit dem anderen Merkmal direkt verbunden oder gekoppelt sein oder es können stattdessen ein oder mehrere dazwischenliegende Merkmale vorhanden sein. Ein Merkmal kann mit einem anderen Merkmal „direkt verbunden“ oder „direkt gekoppelt“ sein, wenn dazwischenliegende Merkmale fehlen. Ein Merkmal kann mit oder an ein anderes Merkmal „indirekt verbunden“ oder „indirekt gekoppelt“ sein, wenn mindestens ein dazwischenliegendes Merkmal vorhanden ist. Ein Merkmal, das sich „auf‟ einem anderen Merkmal befindet oder dieses „kontaktiert“, kann sich auf dem anderen Merkmal oder damit in Kontakt befinden oder stattdessen können ein oder mehrere dazwischenliegende Merkmale vorhanden sein. Ein Merkmal kann sich „direkt auf“ oder in „direktem Kontakt zu“ einem anderen Merkmal befinden, wenn keine dazwischenliegenden Merkmale vorhanden sind. Ein Merkmal kann „indirekt auf“ oder in „indirektem Kontakt“ mit einem anderen Merkmal sein, wenn mindestens ein dazwischenliegendes Merkmal vorhanden ist.
Die Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurde zu Illustrationszwecken vorgelegt, soll aber weder vollständig noch auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sein. Viele Modifikationen und Variationen sind dem Fachmann ersichtlich, ohne vom Umfang und Wesen der beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen. Die hier verwendete Terminologie wurde gewählt, um die Prinzipien der Ausführungsformen, die praktische Anwendung oder die technische Verbesserung gegenüber den auf dem Markt befindlichen Technologien am besten zu erklären oder um es anderen als dem Fachmann zu ermöglichen, die hier beschriebenen Ausführungsformen zu verstehen.

Claims

Struktur, umfassend: einen Polarisator mit einem ersten Wellenleiterkern und einer ersten Schicht, wobei der erste Wellenleiterkern eine erste Seitenfläche aufweist, die erste Schicht neben der ersten Seitenfläche des ersten Wellenleiterkerns angeordnet ist und die erste Schicht aus einem ersten Material gebildet ist, das eine Dielektrizitätskonstante mit einem Imaginärteil im Bereich von 0 bis etwa 15 aufweist; und einen zweiten Wellenleiterkern, der über dem ersten Wellenleiterkern angeordnet ist, wobei der zweite Wellenleiterkern aus einem zweiten Material gebildet ist, das sich in der Zusammensetzung von dem ersten Material unterscheidet.
Struktur nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine dielektrische Schicht, die zwischen dem Polarisator und dem zweiten Wellenleiterkern angeordnet ist.
Struktur nach Anspruch 1, wobei der erste Wellenleiterkern eine erste Breite aufweist, und ferner umfassend: einen dritten Wellenleiterkern, der mit dem ersten Wellenleiterkern gekoppelt ist, wobei der dritte Wellenleiterkern eine zweite Breite aufweist, die erste Breite größer ist als die zweite Breite und der zweite Wellenleiterkern eine dritte Breite aufweist, die größer ist als die zweite Breite.
Struktur nach Anspruch 1, wobei der zweite Wellenleiterkern ein erstes Ende und ein dem ersten Ende gegenüberliegendes zweites Ende aufweist, der zweite Wellenleiterkern am ersten Ende über dem Polarisator endet und der zweite Wellenleiterkern über dem Polarisator am zweiten Ende endet.
Struktur nach Anspruch 1, wobei der zweite Wellenleiterkern eine erste Verjüngung und einen mit der ersten Verjüngung verbundenen Abschnitt aufweist und die erste Verjüngung und der Abschnitt des zweiten Wellenleiterkerns direkt über dem Polarisator angeordnet sind.
Struktur nach Anspruch 5, wobei der Polarisator eine Verjüngung aufweist, die mit dem ersten Wellenleiterkern gekoppelt ist, die erste Verjüngung des zweiten Wellenleiterkerns direkt über der Verjüngung des Polarisators angeordnet ist und der Abschnitt des zweiten Wellenleiterkerns direkt über dem ersten Wellenleiterkern des Polarisators angeordnet ist.
Struktur nach Anspruch 5, wobei der zweite Wellenleiterkern an einem Ende durch die erste Verjüngung endet.
Struktur nach Anspruch 5, wobei der zweite Wellenleiterkern eine zweite Verjüngung aufweist, die durch den Abschnitt direkt mit der ersten Verjüngung verbunden ist, und die zweite Verjüngung des zweiten Wellenleiterkerns direkt über dem Polarisator angeordnet ist.
Struktur nach Anspruch 8, wobei der zweite Wellenleiterkern an einem ersten Ende durch die erste Verjüngung endet und der zweite Wellenleiterkern an einem zweiten Ende durch die zweite Verjüngung endet.
Struktur nach Anspruch 1, wobei der Polarisator eine zweite Schicht aufweist, die zwischen der ersten Schicht und der ersten Seitenfläche angeordnet ist, und die zweite Schicht aus Siliziumdioxid gebildet ist.
Struktur nach Anspruch 1, wobei das erste Material ein Metallvanadat ist, der zweite Wellenleiterkern einkristallines Silizium umfasst und das zweite Material Siliziumnitrid oder Polysilizium ist.
Struktur nach Anspruch 1, wobei das erste Material Calciumvanadat oder Strontiumvanadat ist, der zweite Wellenleiterkern einkristallines Silizium umfasst und das zweite Material Siliziumnitrid oder Polysilizium ist.
Struktur nach Anspruch 1, wobei der Polarisator eine zweite Schicht aus dem ersten Material aufweist, der erste Wellenleiterkern eine zweite Seitenfläche aufweist und die zweite Schicht neben der zweiten Seitenfläche des ersten Wellenleiterkerns angeordnet ist.
Struktur nach Anspruch 13, wobei der Polarisator eine dritte Schicht, die zwischen der ersten Schicht und der ersten Seitenfläche angeordnet ist, und eine vierte Schicht aufweist, die zwischen der zweiten Schicht und der zweiten Seitenfläche angeordnet ist, und die dritte Schicht und die vierte Schicht aus Siliziumdioxid gebildet sind.
Struktur nach Anspruch 1, wobei die erste Schicht mit der ersten Seitenfläche des ersten Wellenleiterkerns in direktem Kontakt steht.
Struktur nach Anspruch 1, wobei der Polarisator eine zweite Schicht und eine dritte Schicht umfasst, die zwischen der zweiten Schicht und der ersten Schicht angeordnet ist, und die dritte Schicht aus Siliziumdioxid gebildet ist und die zweite Schicht aus dem ersten Material gebildet ist.
Verfahren zum Bilden einer Struktur für einen Polarisator, wobei das Verfahren umfasst: ein Bilden eines ersten Wellenleiterkerns; ein Bilden einer ersten Schicht, die neben einer Seitenfläche des ersten Wellenleiterkerns angeordnet ist; und ein Bilden eines zweiten Wellenleiterkerns, der über dem ersten Wellenleiterkern angeordnet ist, wobei die erste Schicht aus einem ersten Material gebildet ist, das eine Dielektrizitätskonstante mit einem Imaginärteil aufweist, der im Bereich von 0 bis etwa 15 liegt, und der zweite Wellenleiterkern aus einem zweiten Material gebildet ist, das sich in der Zusammensetzung von dem ersten Material unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das erste Material ein Metallvanadat ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei eine dielektrische Schicht zwischen dem Polarisator und dem zweiten Wellenleiterkern gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der zweite Wellenleiterkern eine Verjüngung und einen mit der Verjüngung verbundenen Abschnitt aufweist, die Verjüngung und der Abschnitt des zweiten Wellenleiterkerns direkt über dem Polarisator angeordnet sind und der zweite Wellenleiterkern an einem Ende durch die Verjüngung endet.