DE102022118214A1

DE102022118214A1 - PIC-Struktur mit einer eine Barriere umgebenden Öffnung für ein optisches Element zur Verhinderung von Verspannungsschäden

Info

Publication number: DE102022118214A1
Application number: DE102022118214.2A
Authority: DE
Inventors: Nicholas A. Polomoff; Jae Kyu Cho; Mohamed RABIE; Yunyao JIANG; Koushik Ramachandran; Pallabi Das
Original assignee: GlobalFoundries US Inc
Current assignee: GlobalFoundries US Inc
Priority date: 2021-07-30
Filing date: 2022-07-21
Publication date: 2023-02-02
Also published as: CN115685457A; US11804452B2; US20230030723A1

Abstract

Eine photonische integrierte Schaltungsstruktur (PIC-Struktur) umfasst einen aktiven Bereich in wenigstens einer aktiven Schicht über einem Substrat, wobei der aktive Bereich eine Mehrzahl von Transistoren darin umfasst. Über dem aktiven Bereich ist eine Mehrzahl dielektrischer Verbindungsschichten angeordnet und eine Öffnung ist durch die mehreren dielektrischen Verbindungsschichten festgelegt. Die Öffnung erstreckt sich zumindest bis zur aktiven Schicht. Eine Barriere befindet sich innerhalb der Mehrzahl dielektrischer Verbindungsschichten und umgibt die Öffnung. Ein optisches Element ist in der Öffnung angeordnet. Die Barriere verhindert, dass sich Spannungsschäden, wie Risse und/oder Delaminationen, von der Öffnung aus oder zu ihr hin ausbreiten, und hält die hermetische Abdichtung der PIC-Struktur aufrecht.

Description

Hintergrund
Die vorliegende Erfindung betrifft photonische integrierte Schaltungen (PICs) und insbesondere eine PIC-Struktur mit einer Barriere innerhalb einer Mehrzahl von dielektrischen Verbindungsschichten. Die Barriere umgibt eine Öffnung für ein optisches Element in einem aktiven Bereich der PIC-Struktur. Die Barriere verhindert, dass Spannungsschäden die Integrität der PIC-Struktur beeinträchtigen.
Derzeitige Strukturen für photonische integrierte Schaltungen (PIC) erfordern komplexe Integrationsschemata zum Packaging. Eine Herausforderung besteht darin, eine optische Kopplung zwischen der PIC-Struktur und optischen Elementen wie einem Laser herzustellen. Um ein separat hergestelltes optisches Element an einer PIC-Struktur zu befestigen und zu montieren, kann eine tiefe, große Öffnung, z. B. ein Hohlraum oder ein Graben, in oder nahe der Mitte eines PIC-Dies angebracht werden. Um diese Öffnung zu schaffen, muss ein Bereich geätzt werden, wobei alle dielektrischen Verbindungsschichten des Back-End-of-Line (BEOL) oder des Middle-of-Line (MOL) über einer aktiven Schicht der PIC-Struktur bis hinunter in das Substrat entfernt werden. Das optische Element kann dann in der Öffnung montiert und mit anderen Komponenten im PIC-Chip, wie z.B. Wellenleitern, Photodetektoren usw., optisch verbunden werden. Die Öffnung kann Spannungen und Dehnungen im PIC-Die in der Nähe des aktiven Bereichs des PIC-Die verursachen. Risse und/oder Delaminationen können daher von der Öffnung ausgehen oder sich von anderen Teilen des PIC-Chips zur Öffnung ausbreiten. Durch die Bildung der Öffnung wird auch die hermetische Abdichtung der dielektrischen Verbindungsschichten unterbrochen, wodurch möglicherweise Feuchtigkeit in den aktiven Bereich eindringen kann.
Zusammenfassung
Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine photonische integrierte Schaltungsstruktur (PIC-Struktur), umfassend: einen aktiven Bereich in wenigstens einer aktiven Schicht über einem Substrat; eine Mehrzahl dielektrischer Verbindungsschichten über dem aktiven Bereich; eine Öffnung, die durch die Mehrzahl dielektrischer Verbindungsschichten festgelegt und im aktiven Bereich angeordnet ist, wobei sich die Öffnung wenigstens bis zur aktiven Schicht erstreckt; und eine Barriere innerhalb der Mehrzahl dielektrischer Verbindungsschichten, die die Öffnung umgibt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst eine photonische integrierte Schaltungsstruktur (PIC-Struktur), umfassend: einen aktiven Bereich in wenigstens einer aktiven Schicht über einem Substrat; eine Mehrzahl dielektrischer Verbindungsschichten über dem aktiven Bereich; eine Öffnung, die durch die Mehrzahl von Verbindungsschichten festgelegt und innerhalb des aktiven Bereichs angeordnet ist, wobei sich die Öffnung zu wenigstens der aktiven Schicht erstreckt; und eine Barriere innerhalb der Mehrzahl dielektrischer Verbindungsschichten, die die Öffnung umgibt; wobei die Barriere einen ersten Wandabschnitt, der an einer Ecke auf einen zweiten Wandabschnitt trifft, und einen abgeschrägten Wandabschnitt umfasst, der sich zwischen dem ersten Wandabschnitt und dem zweiten Wandabschnitt über die Ecke erstreckt.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren, umfassend: ein Bilden einer Barriere mit einer Mehrzahl dielektrischer Verbindungsschichten über einer aktiven Schicht eines aktiven Bereichs einer photonisch integrierten Schaltungsstruktur (PIC-Struktur), wobei die Barriere einen reservierten Bereich innerhalb des aktiven Bereichs umgibt; und ein Bilden einer Öffnung in dem reservierten Bereich und durch die Mehrzahl dielektrischer Verbindungsschichten hindurch zu wenigstens der aktiven Schicht des aktiven Bereichs, wobei die Barriere einen ersten Wandabschnitt, der an einer Ecke auf einen zweiten Wandabschnitt trifft, und einen abgeschrägten Wandabschnitt umfasst, der sich zwischen dem ersten Wandabschnitt und dem zweiten Wandabschnitt über die Ecke erstreckt.
Die obigen und andere Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung klarer hervor.
Figurenliste
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind mit Bezug auf die folgenden Figuren im Detail beschrieben, wobei gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente bezeichnen und wobei:

1 eine schematische Draufsicht auf eine photonische integrierte Schaltungsstruktur (PIC-Struktur) gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigt.
2 eine schematische teilweise Querschnittsansicht der PIC-Struktur von 1 entlang der Ansichtslinie A-A zeigt.
3 eine Querschnittsansicht der PIC-Struktur von 1 entlang der Ansichtslinie B-B zeigt.
4 eine schematische ebene Ansicht einer Barriere in einer PIC-Struktur gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
5 eine schematische ebene Ansicht einer Barriere in einer PIC-Struktur gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
6 eine schematische ebene Ansicht einer Barriere in einer PIC-Struktur gemäß anderen Ausführungsformen der Erfindung zeigt.
7 eine vergrößerte teilweise Querschnittsansicht einer Barriere und eines optischen Elements in einer PIC-Struktur gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigt.
8 eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Barriere für eine PIC-Struktur gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigt.
9 eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Barriere für eine PIC-Struktur gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigt.
10 eine ebene Ansicht einer Barriere für eine Mehrzahl von optischen Elementen in einer PIC-Struktur gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigt.
11 eine Querschnittsansicht einer Barriere und eines optischen Elements in einer PIC-Struktur gemäß anderen Ausführungsformen der Erfindung zeigt.
12 eine Querschnittsansicht einer Barriere und eines optischen Elements in einer PIC-Struktur gemäß anderen Ausführungsformen der Erfindung zeigt.
13 eine perspektivische Ansicht einer Barriere mit einem durchgehenden Wellenleiter für eine PIC-Struktur gemäß anderen Ausführungsformen der Erfindung zeigt.
14 eine schematische ebene Ansicht einer Barriere in einer PIC-Struktur gemäß anderen Ausführungsformen der Erfindung zeigt.
15 eine Querschnittsansicht einer Barriere und eines optischen Elements in einer PIC-Struktur gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung zeigt.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Zeichnungen der Erfindung nicht unbedingt maßstabsgetreu sind. Die Zeichnungen sollen nur typische Aspekte der Erfindung darstellen und sind daher nicht als den Umfang der Erfindung beschränkend anzusehen. In den Zeichnungen stehen gleiche Bezugszeichen für gleiche Elemente in den Zeichnungen.
Detaillierte Beschreibung
In der folgenden Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil davon bilden und in denen zur Veranschaulichung bestimmte Ausführungsformen gezeigt werden, in denen die vorliegende Lehre angewendet werden kann. Diese Ausführungsformen sind hinreichend detailliert beschrieben, um dem Fachmann die Anwendung der vorliegenden Lehre zu ermöglichen, und es versteht sich von selbst, dass auch andere Ausführungsformen verwendet und Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Anwendungsbereich der vorliegenden Lehre zu verlassen. Die folgende Beschreibung dient daher nur der Veranschaulichung.
Wenn ein Element wie eine Schicht, ein Bereich oder ein Substrat als „auf“ oder „über“ einem anderen Element bezeichnet wird, kann es sich direkt auf dem anderen Element befinden oder es können auch dazwischenliegende Elemente vorhanden sein. Wird ein Element dagegen als „direkt auf“ oder „direkt über“ einem anderen Element bezeichnet, so können keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden sein. Wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, kann es mit dem anderen Element direkt verbunden oder gekoppelt sein oder es können dazwischenliegende Elemente vorhanden sein. Wird ein Element hingegen als mit einem anderen Element „direkt verbunden“ oder „direkt gekoppelt“ bezeichnet, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden.
Wenn in der Beschreibung auf „eine bestimmte Ausführungsform“ oder „eine Ausführungsform“ der vorliegenden Erfindung sowie auf andere Varianten davon Bezug genommen wird, bedeutet dies, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur, eine bestimmte Eigenschaft usw., die im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben werden, in wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten sind. Daher beziehen sich die Ausdrücke „in einer Ausführungsform“ sowie alle anderen Variationen, die an verschiedenen Stellen in der Beschreibung erscheinen, nicht notwendigerweise alle auf dieselbe Ausführungsform. Es ist zu verstehen, dass die Verwendung von „/“, „und/oder“ und „wenigstens eines von“, z. B. in den Fällen von „A/B“, „A und/oder B“ und „wenigstens eines von A und B“, nur die Auswahl der ersten aufgeführten Option (a) oder nur die Auswahl der zweiten aufgeführten Option (B) oder die Auswahl beider Optionen (A und B) umfassen soll. Ein weiteres Beispiel: In den Fällen „A, B und/oder C“ und „wenigstens eine der Optionen A, B und C“ soll diese Formulierung nur die erste aufgeführte Option (A) oder nur die Auswahl der zweiten aufgeführten Option (B) oder nur die Auswahl der dritten aufgeführten Option (C) oder die Auswahl der ersten und der zweiten aufgeführten Option (A und B), oder die Auswahl der ersten und der dritten aufgeführten Option (A und C), oder die Auswahl der zweiten und der dritten aufgeführten Option (B und C) oder die Auswahl aller drei Optionen (A und B und C) umfassen. Dies kann, wie für einen Fachmann leicht ersichtlich, für beliebig viele aufgelistete Optionen erweitert werden.
Ausführungsformen der Erfindung umfassen eine photonische integrierte Schaltungsstruktur (PIC-Struktur). Die PIC-Struktur weist einen aktiven Bereich in wenigstens einer aktiven Schicht über einem Substrat auf. Der aktive Bereich umfasst neben anderen Komponenten, eine Mehrzahl von Transistoren darin. Eine Mehrzahl dielektrischer Verbindungsschichten, z. B. Back-End-of-Line (BEOL) oder Middle-of-Line (MOL) -Verbindungsschichten, befinden sich über dem aktiven Bereich. Die PIC-Struktur kann auch eine Mehrzahl optischer Elemente wie Wellenleiter, Photodetektoren und andere Elemente umfassen. Eine Öffnung ist durch die Mehrzahl dielektrischer Verbindungsschichten festgelegt und innerhalb des aktiven Bereichs, z. B. in der Mitte des aktiven Bereichs, angeordnet. Die Öffnung erstreckt sich wenigstens bis zur aktiven Schicht. Eine Barriere befindet sich innerhalb der Mehrzahl der dielektrischen Verbindungsschichten und umgibt die Öffnung. Die Barriere kann sich innerhalb einer inneren Ausdehnung des aktiven Bereichs befinden, z. B. innerhalb aller Komponenten des aktiven Bereichs. Ein optisches Element, z. B. ein Laser, ist in der Öffnung angeordnet. Eine optische Verbindung zwischen dem optischen Element und dem aktiven Bereich kann auf verschiedene Weise hergestellt werden. Die Barriere verhindert, dass sich Spannungsschäden wie Risse und/oder Delaminationen von der Öffnung aus oder zu ihr hin ausbreiten, und dichtet die dielektrischen Verbindungsschichten trotz der darin ausgebildeten Öffnung hermetisch ab. Die Barriere verstärkt auch die dielektrischen Verbindungsschichten in der Nähe der Öffnung.
Die 1-3 zeigen verschiedene Ansichten einer PIC-Struktur 100 gemäß den Ausführungsformen der Erfindung. 1 zeigt eine schematische ebene Ansicht auf die PIC-Struktur 100, 2 zeigt eine schematische teilweise Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 1 und 3 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 1. Die PIC-Struktur 100 kann alle heute bekannten oder später entwickelten photonischen integrierten Schaltkreisfunktionen und alle erforderlichen aktiven Komponenten zur Bereitstellung solcher Funktionen bereitstellen. Mit gemeinsamen Bezug auf die 1 und 2 umfasst die PIC-Struktur 100 einen Körper 102 mit einem aktiven Bereich 104 darin. Der aktive Bereich 104 kann neben anderen integrierten Schaltungskomponenten auch eine Mehrzahl von Transistoren 106 darin umfassen. Der aktive Bereich 104 kann jede heute bekannte oder später entwickelte Form annehmen. In einem nicht beschränkenden Beispiel kann der aktive Bereich 104 eine Anzahl von Transistoren 106 umfassen, die in und/oder auf einer aktiven Schicht 108 gebildet sind. Es kann jedoch jede Komponente verwendet werden, die typischerweise in einem aktiven Bereich einer PIC-Struktur zu finden ist. In einem nicht beschränkenden Beispiel kann der aktive Bereich 104 auf einem Halbleiter-auf-Isolator (SOI) -Substrat 109 ausgebildet sein. Das SOI-Substrat 109 kann eine aktive (SOI-) Schicht 108 mit einem Halbleiter wie Silizium, Silizium-Germanium oder anderen Halbleitermaterialien umfassen. Wie bekannt ist, kann die aktive Schicht 108 in bestimmten Bereichen dotiert sein, um Teile von Transistoren 106, Verbindungen oder andere Komponenten zu bilden. In dem gezeigten, nicht beschränkenden Beispiel liegt die aktive Schicht 108 über einer vergrabenen Isolatorschicht 110, die sich über einem Basissubstrat 112 befindet. Die vergrabene Isolatorschicht 110 kann z. B. aus Siliziumdioxid gebildet sein und das Basissubstrat 112 kann einen Halbleiter, z. B. Silizium, umfassen. Während der aktive Bereich 104 unter Verwendung eines SOI-Substrats 109 dargestellt ist, gilt die Lehre der Erfindung für jede Form von IC-Substrat, z. B. ein Bulk-Substrat.
Die PIC-Struktur 100 umfasst auch eine Mehrzahl von dielektrischen Verbindungsschichten 114 über dem aktiven Bereich 104. Die dielektrischen Verbindungsschichten 114 können jedes heute bekannte oder später entwickelte dielektrische Zwischenschichtmaterial umfassen, wie z. B., aber ohne Beschränkung: Siliziumdioxidmaterialien, fluoriertes Silikatglas (FSG), organische polymere duroplastische Materialien, Siliziumoxycarbid, hydriertes Siliziumoxycarbid (SiCOH) als Dielektrikum, fluordotiertes Siliziumoxid, Spin-on-Gläser, Silsesquioxane, usw. Die dielektrischen Verbindungsschichten 114 können auch alle jetzt bekannten oder später entwickelten elektrischen Verbindungen (aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt) innerhalb der Schichten umfassen, wie z. B. horizontale Metallverdrahtungen und vertikale Durchkontaktierungen, die beispielsweise Teile des aktiven Bereichs 104 elektrisch miteinander verbinden. Die Metallverdrahtung und die Durchgangslöcher können Körper aus allen bekannten oder später entwickelten leitfähigen Materialien wie Kupfer, Aluminium, Wolfram usw. und hochschmelzende Metallauskleidungen, z. B. aus Tantal (Ta), Titan (Ti), Wolfram (W), Iridium (Ir), Rhodium (Rh) und Platin (Pt) usw. oder Mischungen daraus umfassen. Die elektrischen Verbindungen können mit jeder beliebigen Dünnschichttechnologie hergestellt werden.
Der aktive Bereich 104 und die dielektrischen Verbindungsschichten 114 können mit jeder heute bekannten oder später entwickelten Dünnschichttechnologie hergestellt werden. Bei den dielektrischen Verbindungsschichten 114 kann es sich um beliebige Back-End-of-Line (BEOL) oder Middle-of-Line (MOL) -Verbindungsschichten handeln, d. h. um Verbindungsschichten, die im Verlauf der Fertigung von Bauelementen nach der ersten Metallisierung gebildet werden.
Mit weiterem Bezug auf die 1 und 2 umfasst die PIC-Struktur 100 in bestimmten Ausführungsformen optional einen Rissstoppring 120 (in 1 als Linie dargestellt), der sich um einen Außenumfang 122 der PIC-Struktur 100 erstreckt. Der Rissstoppring 120 befindet sich außerhalb des aktiven Bereichs 104, z. B. in mehreren dielektrischen Verbindungsschichten 114 (2). Der Rissstoppring 120 kann während der Bildung der dielektrischen Verbindungsschichten 114 (und einer hierin beschriebenen Barriere 140) gebildet werden, wobei er sich entlang des äußeren Umfangs 122 der PIC-Struktur 100 (d. h. des Körpers 102) erstreckt und außerhalb einer äußeren Ausdehnung 124 des aktiven Bereichs 104 angeordnet ist, insbesondere außerhalb aller Komponenten des aktiven Bereichs 104. Der Rissstoppring 120 kann jede heute bekannte oder später entwickelte Rissstoppringstruktur umfassen. Beispielsweise kann der Rissstoppring 120 eine Mehrzahl von miteinander verbundenen (Metall-) Draht- und Durchkontaktierungsschichten 126 umfassen. Die Metalldraht- und Durchkontaktierungsschichten des Rissstopprings 120 können die gleichen Materialien wie die elektrischen Verbindungen (nicht dargestellt) in den dielektrischen Verbindungsschichten 114 umfassen und können unter Verwendung einer beliebigen Dünnschichttechnologie hergestellt werden.
Mit weiterem Bezug auf die 1-3 umfasst die PIC-Struktur 100 auch eine Öffnung 130, die durch eine Mehrzahl dielektrischer Verbindungsschichten 114 festgelegt ist. Die Öffnung 130 befindet sich innerhalb des aktiven Bereichs 104. Das heißt, die meisten Komponenten des aktiven Bereichs 104 befinden sich radial außerhalb der Öffnung 130. In bestimmten Ausführungsformen kann die Öffnung 130 innerhalb einer inneren Ausdehnung 132 des aktiven Bereichs angeordnet sein, was bedeutet, dass sich alle Komponenten des aktiven Bereichs 104 radial außerhalb der Öffnung 130 befinden. In jedem Fall kann während der Herstellung des aktiven Bereichs 104 und der dielektrischen Verbindungsschichten 114 ein reservierter Bereich 134 im Körper 102 und im aktiven Bereich 104 angeordnet werden. Der reservierte Bereich 134 ist für die Öffnung 130 reserviert. Die Öffnung 130 wird im reservierten Bereich 134 und durch mehrere dielektrische Verbindungsschichten 114 hindurch zu wenigstens der aktiven Schicht 108 des aktiven Bereichs 104 gebildet. Gemäß der Darstellung in 2 und 3 kann die Öffnung 130 im Basissubstrat 112 gebildet werden. Die Öffnung 130 kann im reservierten Bereich 134 unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Ätzverfahrens für die Schichten 114 und/oder alle verbliebender Strukturen im reservierten Bereich 134 gebildet werden, z. B. unter Verwendung einer strukturierten Maske (nicht dargestellt) und eines reaktiven lonenätzverfahrens (RIE). Der reservierte Bereich 134 kann frei von restlichen IC-Strukturen wie Transistoren, Widerständen, Zwischenverbindungen usw. sein, kann aber einige verbliebene IC-Strukturen umfassen, die während der Herstellung der Öffnung 130 entfernt werden können. Obwohl die Öffnung 130 in das Basissubstrat 112 hineinreicht, kann sich die Öffnung 130 zumindest bis zur aktiven Schicht 108 erstrecken.
Die PIC-Struktur 100 kann auch ein optisches Element 138 umfassen, das in der Öffnung 130 angeordnet ist. Die Öffnung 130 kann eine beliebige Form der Bodenfläche und eine beliebige horizontale Querschnittsform aufweisen, um das darin zu positionierende optische Element 138 aufzunehmen. Es können alle heute bekannten oder später entwickelten Stützstrukturen (nicht gekennzeichnet), die zum Stützen und/oder Positionieren des optischen Elements 138 in der Öffnung 130 erforderlich sind, vorgesehen werden. Das optische Element 138 kann jede heute bekannte oder später entwickelte optische oder photonische Struktur umfassen, die dem Körper 102 beispielsweise nach Bildung des Körpers 102 und der Öffnung 130 hinzugefügt werden kann. Das optische Element 138 kann in bestimmten Ausführungsformen außerhalb des restlichen PIC liegen, d. h., das optische Element 138 ist nicht in die Schichten des Körpers 102 integriert und wird nicht gleichzeitig mit dem Körper 102 der PIC-Struktur 100 gebildet. In einem Beispiel kann das optische Element 138 eine separat hergestellte Komponente sein, wie z. B. ein Laser, der dem Körper 102 nach der Bildung der Öffnung 130 hinzugefügt wird. Das optische Element 138 kann in die Öffnung 130 unter Verwendung eines bekannten oder später entwickelten Verfahrens, z. B. der Ball-Grid-Array-Technologie, eingekoppelt und in seiner Position mit einer beliebigen Lösung, z. B. einem Polymer 139, versiegelt werden ( 1). In jedem Fall stellt die Kupplung sicher, dass das optische Element 138 optisch mit dem Rest der PIC-Struktur 100 kommunizieren kann. Insbesondere kann das optische Element 138, wie weiter unten beschrieben, optisch mit einer oder mehreren Komponenten in wenigstens einer der dielektrischen Verbindungsschichten 114, der vergrabenen Isolatorschicht 110, der aktiven Schicht 108 und dem Basissubstrat 112 kommunizieren.
Die Öffnung 130 erzeugt Spannungen und Dehnungen im Körper 102. Es wurde festgestellt, dass die Eckbereiche der Öffnung 130 und die unteren Metallschichten in den dielektrischen Verbindungsschichten 114 in der Nähe der Kanten der Öffnung 130 die höchsten Spannungen aufweisen. Spannungen können z. B. aus einer Fehlanpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE) zwischen verschiedenen Materialien resultieren, z. B. beim Reflow-Löten, das zur elektrischen Verbindung von Teilen der PIC-Struktur 100 verwendet wird. Durch die Bildung der Öffnung 130 wird auch die hermetische Abdichtung der dielektrischen Verbindungsschichten 114 zerstört, wodurch möglicherweise Feuchtigkeit in den aktiven Bereich 104 eindringen kann. Um dieses Problem zu lösen, kann die PIC-Struktur 100 auch eine Barriere 140 (Linie in 1) innerhalb mehrerer dielektrischer Verbindungsschichten 114 und um die Öffnung 130 herum aufweisen. Die Barriere 140 befindet sich innerhalb des aktiven Bereichs 104, d. h. sie kann sich innerhalb der meisten, wenn nicht aller aktiven Bereiche 104 und deren Komponenten befinden. In bestimmten Ausführungsformen kann sich die Barriere 140 innerhalb der inneren Ausdehnung 132 des aktiven Bereichs 104 befinden, was bedeutet, dass sie sich innerhalb aller Komponenten des aktiven Bereichs 104 befindet. In diesem Fall kann die Barriere 140 als durchgehende Schleife in einem bestimmten Querschnitt (z. B. in der Draufsicht von 1, wie gezeigt) geformt sein.
Die Barriere 140 kann eine beliebige Struktur aufweisen, die in der Lage ist, Spannungsschäden zu verhindern, die durch die Öffnung 130 im Körper 102 entstehen. In bestimmten Ausführungsformen umfasst die Barriere 140 eine Mehrzahl von miteinander verbundenen Draht- und Durchkontaktierungsschichten 142, ähnlich wie der Rissstoppring 120. Das heißt, dass jeder Wandabschnitt der Barriere 140 eine Mehrzahl von miteinander verbundenen Draht- und Durchkontaktierungsschichten 142 aufweist. In bestimmten Ausführungsformen kann die Barriere 140 nur eine Mehrzahl von miteinander verbundenen Draht- und Durchkontaktierungsschichten 142 umfassen, die so angeordnet sind, dass sie die Öffnung 130 umgeben. Hier ist die Barriere 140 ähnlich aufgebaut wie der Rissstoppring 120, befindet sich jedoch innerhalb des aktiven Bereichs 104 und nicht wie alle herkömmlichen Rissstoppringe außerhalb des aktiven Bereichs 104. Die Barriere 140 kann jede beliebige Form innerhalb einer Ebene des Körpers 102 aufweisen, die so gestaltet ist, dass sie die Öffnung 130 umgibt. Wie in 1 gestrichelt dargestellt ist, umfasst die Barriere 140 einen ersten Wandabschnitt 144, der an einer Ecke 148 auf einen zweiten Wandabschnitt 146 trifft. Die Barriere 140 kann eine beliebige polygonale Form mit Wandabschnitten 142, 144 aufweisen. In den dargestellten Beispielen ist die Barriere 140 rechteckig und umfasst ein Paar von ersten Wandabschnitten 144A, 144B und ein gegenüberliegendes Paar von zweiten Wandabschnitten 146A, 146B. Hier trifft das Paar der ersten Wandabschnitte 144A, 144B auf das gegenüberliegende Paar der zweiten Wandabschnitte 146A, 146B, um vier Ecken 148 zu bilden. Auch hier weist jeder Wandabschnitt 144, 146 eine Mehrzahl von miteinander verbundenen Draht- und Durchkontaktierungsschichten 142 (2-3) auf. Auf diese Weise kann die Barriere 140 verhindern, dass sich Spannungsschäden zu oder von der Öffnung 130 ausbreiten und Risse, Delaminationen und andere physikalische Schäden bilden. Die Barriere 140 dichtet auch die dielektrischen Isolierschichten 114 hermetisch ab, um zu verhindern, dass Feuchtigkeit die Struktur beschädigt. Die Barriere 140 bietet auch eine zusätzliche strukturelle Unterstützung für die dielektrischen Verbindungsschichten 114.
In anderen Ausführungsformen kann die Barriere 140 die oben beschriebenen Wandabschnitte 144, 146 und zusätzliche Strukturen umfassen. Die zusätzlichen Strukturen verbessern die Leistung der Barriere gegenüber der Öffnung 130 und dem optischen Element 138. Die 4-6 zeigen schematische ebene Ansichten verschiedener Ausführungsformen der Barriere 140 mit diesen zusätzlichen Strukturen.
Gemäß der Darstellung in 4 umfasst die Barriere 140 in bestimmten Ausführungsformen einen oder mehrere erste Wandabschnitte 144, die an einer oder mehreren Ecken 148 auf einen oder mehrere zweite Wandabschnitte 146 treffen, und ein abgeschrägter Wandabschnitt 150 erstreckt sich zwischen dem einen oder den mehreren ersten Wandabschnitten 144 und dem einen oder den mehreren zweiten Wandabschnitten 146 über der einen oder den mehreren Ecken 148. Obwohl dies nicht an allen Ecken 148 erforderlich ist, kann sich ein abgeschrägter Wandabschnitt 150 zwischen jedem ersten Wandabschnitt 144 und einem entsprechenden zweiten Wandabschnitt 146 überjede Ecke 148 erstrecken. In dem gezeigten Beispiel trifft der erste Wandabschnitt 144 auf den zweiten Wandabschnitt 146 in senkrechten Winkeln an der/den Ecke(n) 148. Daher erstreckt sich der wenigstens eine abgeschrägte Wandabschnitt 150 zwischen dem wenigstens einen ersten Wandabschnitt 144 und dem wenigstens einen zweiten Wandabschnitt 146 über den senkrechten Winkel. Es wird anerkannt, dass in anderen Ausführungsformen die Wandabschnitte 144, 146 nicht in senkrechten Winkeln aufeinandertreffen können. 4 zeigt die Barriere 140 mit dem optischen Element 138. Jeder Wandabschnitt 144, 146, 150 umfasst eine Mehrzahl von miteinander verbundenen Draht- und Durchkontaktierungsschichten 142 (2-3). Die abgeschrägten Wandabschnitte 150 verbessern die Widerstandsfähigkeit der Barriere gegen Spannungsschäden und die Aufrechterhaltung der hermetischen Abdichtung, indem sie einen Wandabschnitt an den Stellen vorsehen, an denen die Spannung am höchsten ist, d. h. in den Eckbereichen der Öffnung 130 und in den unteren Metallschichten der dielektrischen Verbindungsschichten 114 in der Nähe der Kanten der Öffnung 130.
In 5 umfasst die Barriere 140 einen oder mehrere erste Wandabschnitte 144, die an einer oder mehreren Ecken 148 auf einen oder mehrere zweite Wandabschnitte 146 treffen, z. B. in einer rechteckigen Form. Anstelle von abgeschrägten Wandabschnitten 150 weist die Barriere 140 jedoch an einer oder mehreren Ecken 148 eine Eckstütze 156 auf. In bestimmten Ausführungsformen kann die Barriere 140, wie dargestellt, an jeder Ecke 148 eine Eckstütze 156 aufweisen. Eine Eckstütze 156 kann einen ersten Stützwandabschnitt 160 umfassen, der eine Verlängerung 162 des ersten Wandabschnitts 144 und des zweiten Wandabschnitts 146 verbindet. Die Eckstütze 156 umfasst auch einen zweiten Stützwandabschnitt 164, der eine Verlängerung 166 des zweiten Wandabschnitts 146 und des ersten Wandabschnitts 144 verbindet. Die Eckstütze 156 umfasst auch einen dritten Stützwandabschnitt 168, der die Verlängerung 162 des ersten Wandabschnitts 144 und die Verlängerung 166 des zweiten Wandabschnitts 146 verbindet. Jede Eckstütze 156 umfasst eine Mehrzahl von miteinander verbundenen Draht- und Durchkontaktierungsschichten 142, d. h. vertikal in die Seite hinein. Zusammen bilden die Eckstützen 156 drei dreieckige Wandabschnitte 170A-C außerhalb der Ecken 148. Die Eckstütze(n) 156 verbessert/verbessern die Widerstandsfähigkeit der Barriere gegen Spannungsschäden und die hermetische Abdichtung, indem sie einen Wandabschnitt an Stellen bereitstellen, an denen die Spannung am höchsten ist, aber auch außerhalb des Innenraums der Ecke 148, so dass der Raum für das optische Element 138 nicht beeinträchtigt wird. 5 zeigt die Barriere 140 mit dem darin befindlichen optischen Element 138.
Gemäß der Darstellung in 6 umfasst die Barriere 140 in bestimmten Ausführungsformen die zusätzlichen Strukturen der 4 und 5. Insbesondere umfasst die Barriere 140 einen oder mehrere erste Wandabschnitte 144, die an den Ecken 148 auf zweite Wandabschnitte 146 treffen, und einen oder mehrere abgeschrägte Wandabschnitte 150, die sich zwischen dem einen oder den mehreren ersten Wandabschnitten 144 und dem einen oder den mehreren zweiten Wandabschnitten 146 über die Ecke(n) 148 erstrecken. In dem gezeigten Beispiel trifft der erste Wandabschnitt 144 an der/den Ecke(n) 148 im rechten Winkel auf den/die zweiten Wandabschnitt(e) 146. Daher erstreckt sich der (die) abgeschrägte(n) Wandabschnitt(e) 150 zwischen dem (den) ersten Wandabschnitt(en) 146 und dem (den) zweiten Wandabschnitt(en) 146 über den senkrechten Winkel. Wie bereits erwähnt, müssen sich die Wandabschnitte 144, 146 nicht unbedingt in senkrechten Winkeln treffen. In der Ausführungsform von 6 kann die Barriere 140 auch eine oder mehrere Eckstützen 156 an einer oder mehreren Ecken 148 aufweisen. Die Eckstütze 156 umfasst, wie bereits erwähnt, einen ersten Stützwandabschnitt 160, der die Verlängerung 162 des ersten Wandabschnitts 144 und des zweiten Wandabschnitts 146 verbindet. Die Eckstütze 156 umfasst auch einen zweiten Stützwandabschnitt 164, der die Verlängerung 166 des zweiten Wandabschnitts 146 und des ersten Wandabschnitts 144 verbindet. Die Eckstütze 156 umfasst auch einen dritten Stützwandabschnitt 168, der die Verlängerung 162 des ersten Wandabschnitts 144 und die Verlängerung 166 des zweiten Wandabschnitts 146 verbindet. Die ersten und zweiten Wandabschnitte 144, 146, deren Verlängerungen 162, 166, die abgeschrägten Wandabschnitte 150 und die Wandabschnitte 160, 164, 168 der Eckstütze 156 umfassen, eine Mehrzahl miteinander verbundener Draht- und Durchkontaktierungsschichten 142. Die Verwendung des abgeschrägten Wandabschnitts 150 und der Eckstütze(n) 156 verbessert insgesamt die Widerstandsfähigkeit der Barriere gegen Spannungsschäden und die Aufrechterhaltung der hermetischen Abdichtung, indem Wandabschnitte der Barriere an Stellen bereitgestellt werden, an denen die Spannung und Belastung am höchsten ist, und zwar sowohl innerhalb als auch außerhalb des Inneren der Ecken 148. 6 zeigt die Barriere 140 mit dem darin befindlichen optischen Element 138.
In Bezug auf die vertikale Querschnittsform kann die Barriere 140 eine Mehrzahl von Formen aufweisen. Gemäß der Darstellung in 3 kann die Barriere 140 einen Umfang aufweisen, die im Allgemeinen vertikal ausgerichtete innere und äußere Seitenwände 172 bzw. 174 aufweist. Gemäß der Darstellung in 7 kann die Barriere 140 einen Umfang aufweisen, der im Allgemeinen abgestufte innere und äußere Seitenwände 172 bzw. 174 aufweist. Die Seitenwände 172, 174 in 7 können als abgestufte bidirektionale Stoßfänger bezeichnet werden. Hier verjüngt sich die Barriere 140, wenn sie sich nach oben hin erstreckt. Die äußerste Schicht 178 der Barriere 140 kann breiter sein als die darunterliegenden Schichten, um Risse/Delaminationen abzufangen. Die Barriere 140 kann im Allgemeinen symmetrisch sein (siehe z. B. 7), aber perfekte Symmetrie ist nicht erforderlich (siehe z. B. 8). Gemäß der Darstellung in 8 können abgestufte Seitenwände 172, 174 vorteilhaft sein, weil sie die Ausbreitung von Rissen 176 in eine Richtung umlenken, in der sie weniger Schaden anrichten können, z. B. vertikal zur äußersten Schicht 178 der Barriere 140. Wenn gestufte bidirektionale Puffer verwendet werden, können sie Risse oder Delaminationen umlenken, unabhängig davon, ob sie von der Öffnung 130 ausgehen und sich nach außen ausbreiten oder von einer anderen Stelle des Körpers 102 ausgehen und sich nach innen zur Öffnung 130 ausbreiten.
Die Barriere 140 kann, unabhängig von der Ausführungsform, mit mehreren dielektrischen Verbindungsschichten 114 über der aktiven Schicht 108 des aktiven Bereichs 104 der PIC-Struktur 100 in ähnlicher Weise wie die Rissstoppringe 120 (1 und 2) gebildet werden. Wie bereits erwähnt, umgibt die Barriere 140 nach der Herstellung den reservierten Bereich 134 im aktiven Bereich 104 und die Öffnung 130 ist darin ausgebildet. Wie erwähnt, kann die Barriere 140 mit einem oder mehreren ersten Wandabschnitten 140, die an einer oder mehreren Ecken 148 auf einen oder mehrere zweite Wandabschnitte 142 treffen, und mit einem oder mehreren abgeschrägten Wandabschnitten 150, die sich zwischen dem oder den ersten Wandabschnitten 140 und dem oder den zweiten Wandabschnitten 142 über eine oder mehrere Ecken 148 erstrecken, ausgebildet werden. Wo vorgesehen, kann die Barriere 140 auch ein Bilden einer Eckstütze (bzw. von Eckstützen) 156 umfassen, einschließlich eines Bildens von: Verlängerungen 162, 166 der ersten und zweiten Wandabschnitte 144, 146 und Wandabschnitte 160, 164, 168 der Eckstütze 156. Die Barriere 140 kann eine Mehrzahl von miteinander verbundenen (Metall-) Draht- und Durchkontaktierungsschichten 142 umfassen. Die Metalldraht- und Durchkontaktierungsschichten des Rissstopprings 120 können aus denselben Materialien gebildet sein, wie die elektrischen Verbindungen (nicht dargestellt) in den dielektrischen Verbindungsschichten 114, und können mit einer beliebigen Dünnschichttechnologie hergestellt werden.
Gemäß der Darstellung in 9 kann die Barriere 140 optional eine Mehrzahl von Verankerungen 180 umfassen, die mit der untersten Schicht 182 der Mehrzahl von miteinander verbundenen Draht- und Durchkontaktierungsschichten 142 verbunden sind. Die Verankerungen 180 erstrecken sich zumindest in das Basissubstrat 112, um die physikalische Kopplung der Barriere 140 zu verbessern und die Widerstandsfähigkeit gegen Spannungsschäden zu erhöhen, die sich von der Öffnung 130 aus oder zu ihr hin ausbreiten. Die Verankerungen 180 können während der Bildung von Siliziumdurchkontaktierungen (TSVs) und auf ähnliche Weise gebildet werden. Da die Techniken zur Bildung von TSVs bekannt sind, sind keine weiteren Einzelheiten erforderlich.
Mit Bezug auf 10 kann die Öffnung 130 in bestimmten Ausführungsformen eine Mehrzahl von Öffnungen 130A-H umfassen, die in einer Mehrzahl von dielektrischen Verbindungsschichten 114 definiert und im aktiven Bereich 104 angeordnet sind. In 10 sind acht (8) Öffnungen 130A-H dargestellt, aber es kann eine beliebige Anzahl verwendet werden. Wie in 3 erstreckt sich jede Öffnung 130A-H zumindest bis zur aktiven Schicht 108 und kann bis zum Basissubstrat 112 reichen. Eine Barriere 140 innerhalb der mehreren dielektrischen Verbindungsschichten 114 umgibtjede Öffnung 130A-H. In jeder Öffnung 130A-H kann ein optisches Element 138 angeordnet sein. Die Öffnungen 130A-H können, wie hierin beschrieben, gebildet werden und können innerhalb einer Mehrzahl dielektrischer Verbindungsschichten 114 definiert und innerhalb des aktiven Bereichs 104 positioniert werden. Jede Öffnung 130A-H erstreckt sich wenigstens bis zur aktiven Schicht 108 und möglicherweise bis zur vergrabenen Isolierschicht 110 und zum Substrat 112. Hier umgibt die Barriere 140 innerhalb der dielektrischen Verbindungsschichten 122 jede Öffnung 130A-H. Somit bildet die Barriere 140 einen Wandabschnitt zwischen jedem Element 138 (wie ein Käfig um die Elemente), der eine Wechselwirkung zwischen mehreren benachbarten Öffnungen 130A-H verhindert. Obwohl jede hier beschriebene Ausführungsform der Barriere 140 verwendet werden kann, ist die gestufte bidirektionale Stoßfänger-Ausführung von 7 für die Ausführungsform von 10 vorteilhaft, da sie besser in der Lage ist, sich aus jeder Richtung ausbreitende Spannungen zu bewältigen. In jede Öffnung 130A-H kann ein optisches Element 138 eingekoppelt werden. Hier kann die Barriere 140 verhindern, dass sich Spannungen zu oder von den Öffnungen 130A-H ausbreiten und Risse, Delaminationen und andere physikalische Schäden verursachen. Die Barriere 140 hält auch eine hermetische Abdichtung aufrecht und bietet den dielektrischen Verbindungsschichten 114 zusätzliche strukturelle Unterstützung.
Das optische Element 138 kann optisch mit einer oder mehreren Komponenten in wenigstens einer der dielektrischen Verbindungsschichten 114, der vergrabenen Isolierschicht 110, der aktiven Schicht 108 und dem Basissubstrat 112 kommunizieren. Die optische Kommunikation kann auf verschiedene Weise konfiguriert werden. In bestimmten Ausführungsformen kann das optische Element 138, wie in 2 gezeigt, optisch direkt mit einem Photodetektor 184 kommunizieren, der von den an die Öffnung 130 angrenzenden dielektrischen Verbindungsschichten 114 in die Öffnung 130 weist. Der Photodetektor 184 kann dann elektrisch unter der Barriere 140 durch elektrische Verbindungen 186 (z. B. dotierte Wannen) in dielektrischen Verbindungsschichten 114, aktiver Schicht 108, vergrabener Isolatorschicht 110 und/oder Basissubstrat 112 kommunizieren. In anderen Ausführungsformen kann das optische Element 138, wie in 11 gezeigt, optisch direkt mit einem Wellenleiter 190 kommunizieren, der von den an die Öffnung 130 angrenzenden dielektrischen Verbindungsschichten 114 in die Öffnung 130 weist. Der Wellenleiter 190 kann dann unter der Barriere 140 durch optische Verbindungen 192 (optische Tunnel) in den dielektrischen Verbindungsschichten 114, der aktiven Schicht 108, der vergrabenen Isolatorschicht 110 und/oder dem Basissubstrat 112 optisch kommunizieren. In bestimmten Ausführungsformen kann das optische Element 138, wie in 12 gezeigt, optisch direkt mit einem Wellenleiter 196 kommunizieren, der von der vergrabenen Isolatorschicht 110 neben der Öffnung 130 in die Öffnung 130 weist. Der Wellenleiter 196 kann dann optisch unter der Barriere 140 in der vergrabenen Isolatorschicht 110 kommunizieren. In einer anderen Ausführungsform, die in 13 gezeigt ist, kann sich ein Wellenleiter 200 seitlich durch die Barriere 140 erstrecken. Der Wellenleiter 200 kann so konfiguriert sein, dass er eine optische Verbindung zwischen dem optischen Element 138 und einer Komponente, z. B. einem Fotodetektor, einem Wellenleiter usw., in mehreren dielektrischen Verbindungsschichten 114 und möglicherweise in wenigstens einer der Schichten aus der vergrabenen Isolatorschicht 110, der aktiven Schicht 108 und dem Basissubstrat 112 herstellt. Die hier beschriebenen Wellenleiter können jede heute bekannte oder später entwickelte Wellenleiterstruktur und jedes Material umfassen, z. B. Silizium und/oder Siliziumnitrid.
In den zuvor beschriebenen Ausführungsformen sind die Öffnung 130, das optische Element 138 und die Barriere 140 meist als rechteckig dargestellt. Die Öffnung 130, das optische Element 138 und/oder die Barriere 140 können, wie in 14 gezeigt, auch andere Formen aufweisen. In dem gezeigten Beispiel sind sie hammerkopfförmig. Die Barriere 140 kann je nach Wunsch abgeschrägte Wandabschnitte 150 und Eckstützen 156 aufweisen. 14 zeigt auch, dass ein abgeschrägter Wandabschnitt 150X auch von der Öffnung 130 nach außen gerichtet sein kann, wo ein erster Wandabschnitt 144X und ein zweiter Wandabschnitt 146X in einer Weise zusammentreffen, die von der Öffnung 130 nach außen gerichtet ist, wodurch eine nach außen gerichtete Ecke 148X entsteht.
15 zeigt eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der Barriere 140 in der PIC-Struktur 100. Hier umfasst die Barriere 140 ein festes Material 202, das einen festen Wandabschnitt um die Öffnung 130 bildet. Das Material 202 kann z. B. ein Dielektrikum wie ein Oxid oder einen Leiter, wie er für TSVs verwendet wird, z. B. Kupfer, Wolfram oder Aluminium, umfassen.
Jede der Ausführungsformen der Barriere 140 kann mit jeder anderen Ausführungsform verwendet werden.
Ausführungsformen der Erfindung stellen eine PIC-Struktur bereit, die eine Barriere umfasst, um zu verhindern, dass sich Spannungsschäden wie Risse und/oder Delaminationen von oder zu einer Öffnung in einem aktiven Bereich für ein optisches Element ausbreiten. In einem Beispiel für die Ausführungsform in 5 zeigen die Daten eine bis zu 32%ige Verringerung der Spannung und Dehnung an einer Ecke im Vergleich zu einer Öffnung ohne Barriere. Die Barriere sorgt auch für die Aufrechterhaltung der hermetischen Abdichtung der dielektrischen BEOL-Verbindungsschichten, obwohl die Öffnung darin ausgebildet ist. Die Barriere 140 verstärkt auch die dielektrischen Verbindungsschichten. Wenn mehr als ein optisches Element vorhanden ist, bildet die Barriere einen Wandabschnitt zwischen jedem Element, d. h. wie ein Käfig um die Elemente.
Das hier beschriebene Verfahren und die Struktur werden bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen verwendet. Die daraus resultierenden integrierten Schaltungschips können vom Hersteller in Form von Rohwafern (d. h. als einzelner Wafer mit mehreren unverpackten Chips), als nackter Chip oder in verpackter Form vertrieben werden. Im letzteren Fall wird der Chip in ein Einzelchip-Gehäuse (z. B. einen Kunststoffträger mit Anschlüssen, die an einer Hauptplatine oder einem anderen übergeordneten Träger befestigt sind) oder in ein Multichip-Gehäuse (z. B. einen Keramikträger mit Oberflächenverbindungen und/oder vergrabenen Verbindungen) eingebaut. In jedem Fall wird der Chip dann mit anderen Chips, diskreten Schaltungselementen und/oder anderen Signalverarbeitungsgeräten als Teil entweder (a) eines Zwischenprodukts, wie einer Hauptplatine, oder (b) eines Endprodukts integriert. Bei dem Endprodukt kann es sich um jedes beliebige Produkt handeln, das integrierte Schaltkreis-Chips enthält, angefangen bei Spielzeug und anderen einfachen Anwendungen bis hin zu fortgeschrittenen Computerprodukten mit einem Bildschirm, einer Tastatur oder einem anderen Eingabegerät und einem Zentralprozessor.
Die hier verwendete Terminologie dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und ist nicht als die Erfindung beschränkend zu verstehen. Die hier verwendeten Singularformen „ein“, „eine“ und „der, die, das“ schließen auch die Pluralformen ein, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein bestimmter Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, aber das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen. „Optional“ bedeutet, dass das nachfolgend beschriebene Ereignis oder der beschriebene Umstand eintreten oder nicht eintreten kann und dass die Beschreibung Fälle umfasst, in denen das Ereignis eintritt und Fälle, in denen es nicht eintritt.
Annähernde Formulierungen, wie sie hier in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet werden, können zur Modifizierung jeder quantitativen Darstellung verwendet werden, die zulässigerweise variieren kann, ohne dass dies zu einer Änderung der Grundfunktion führt, auf die sie sich bezieht. Dementsprechend ist ein Wert, der durch einen oder mehrere Begriffe wie „ungefähr“, „annähernd“ und „im Wesentlichen“ modifiziert wird, nicht auf den genau angegebenen Wert beschränkt. Zumindest in einigen Fällen kann die annähernde Formulierung der Genauigkeit eines Instruments zur Messung des Wertes entsprechen. Hier und in der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen können Bereichsgrenzen kombiniert und/oder ausgetauscht werden; solche Bereiche sind gekennzeichnet und schließen alle darin enthaltenen Unterbereiche ein, sofern der Kontext oder die Sprache nichts anderes besagt. Der Begriff „ungefähr“, der auf einen bestimmten Wert eines Bereichs angewendet wird, bezieht sich auf beide Werte und kann, sofern nicht anders von der Genauigkeit des Messgeräts abhängig, +/- 10 % des angegebenen Werts/der angegebenen Werte bedeuten.
Die entsprechenden Strukturen, Materialien, Handlungen und Äquivalente aller Mittel- oder Schritt-plus-Funktions-Elemente in den nachstehenden Ansprüchen sollen jede Struktur, jedes Material oder jede Handlung zur Durchführung der Funktion in Kombination mit anderen beanspruchten Elementen umfassen, wie sie speziell beansprucht werden. Die Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient der Veranschaulichung und Beschreibung, erhebt aber keinen Anspruch auf Vollständigkeit oder Beschränkung auf die Erfindung in der beschriebenen Form. Dem Fachmann sind viele Modifizierungen und Variationen auf dem Gebiet der Technik ersichtlich, ohne dass dadurch Umfang und Wesen der Erfindung beeinträchtigt werden. Die Ausführungsform wurde gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und die praktische Anwendung bestmöglich zu erläutern und es anderen Fachleuten zu ermöglichen, die Erfindung für verschiedene Ausführungsformen mit verschiedenen Modifizierungen zu verstehen, die für die jeweilige Anwendung geeignet sind.

Claims

Photonische integrierte Schaltungsstruktur (PIC-Struktur), umfassend: einen aktiven Bereich in wenigstens einer aktiven Schicht über einem Substrat; eine Mehrzahl von dielektrischen Verbindungsschichten über dem aktiven Bereich; eine Öffnung, die durch die Mehrzahl dielektrischer Verbindungsschichten festgelegt und innerhalb des aktiven Bereichs angeordnet ist, wobei sich die Öffnung zumindest bis zur aktiven Schicht erstreckt; und eine Barriere innerhalb der mehreren dielektrischen Verbindungsschichten, die die Öffnung umgibt.
PIC-Struktur nach Anspruch 1, wobei die Barriere einen ersten Wandabschnitt, der an einer Ecke auf einen zweiten Wandabschnitt trifft, und einen abgeschrägten Wandabschnitt umfasst, der sich zwischen dem ersten Wandabschnitt und dem zweiten Wandabschnitt über die Ecke erstreckt.
PIC-Struktur nach Anspruch 2, wobei die Barriere ferner umfasst: einen ersten Stützwandabschnitt, der eine Verlängerung des ersten Wandabschnitts und des zweiten Wandabschnitts verbindet; einen zweiten Stützwandabschnitt, der eine Verlängerung des zweiten Wandabschnitts und den ersten Wandabschnitt verbindet; und einen dritten Stützwandabschnitt, der die Verlängerung des ersten Wandabschnitts und die Verlängerung des zweiten Wandabschnitts verbindet.
PIC-Struktur nach Anspruch 1, wobei die Barriere rechteckig ist und ein Paar erster Wandabschnitte und ein gegenüberliegendes Paar zweiter Wandabschnitte umfasst, wobei das Paar erster Wandabschnitte mit dem gegenüberliegenden Paar zweiter Wandabschnitte zusammentrifft, um vier Ecken zu bilden, und wobei sich ein abgeschrägter Wandabschnitt zwischen jedem ersten Wandabschnitt und einem entsprechenden zweiten Wandabschnitt über jede Ecke erstreckt.
PIC-Struktur nach Anspruch 1, wobei die Barriere einen ersten Wandabschnitt aufweist, der an einer Ecke auf einen zweiten Wandabschnitt trifft, und wobei die Barriere ferner eine Eckstütze aufweist, umfassend: einen ersten Stützwandabschnitt, der eine Verlängerung des ersten Wandabschnitts und des zweiten Wandabschnitts verbindet; einen zweiten Stützwandabschnitt, der eine Verlängerung des zweiten Wandabschnitts und den ersten Wandabschnitt verbindet; und einen dritten Stützwandabschnitt, der die Verlängerung des ersten Wandabschnitts und die Verlängerung des zweiten Wandabschnitts verbindet.
PIC-Struktur nach Anspruch 5, wobei die Barriere rechteckig ist und ein Paar erster Wandabschnitte und ein gegenüberliegendes Paar zweiter Wandabschnitte umfasst, wobei das Paar erster Wandabschnitte mit dem gegenüberliegenden Paar zweiter Wandabschnitte zusammentrifft, um vier Ecken zu bilden, und wobei an jeder Ecke eine Eckstütze angeordnet ist.
PIC-Struktur nach Anspruch 1, wobei die Öffnung eine Mehrzahl von Öffnungen umfasst, die innerhalb der Mehrzahl dielektrischer Verbindungsschichten festgelegt und innerhalb des aktiven Bereichs angeordnet sind, wobei sich jede Öffnung zumindest bis zur aktiven Schicht erstreckt, und wobei die Barriere innerhalb der Mehrzahl dielektrischer Verbindungsschichten jede Öffnung umgibt, und ferner umfassend ein optisches Element, das in jeder Öffnung angeordnet ist.
PIC-Struktur nach Anspruch 1, wobei die Barriere eine Mehrzahl von miteinander verbundenen Draht- und Durchkontaktierungsschichten umfasst; und eine Mehrzahl von Ankern, die mit einer untersten der Mehrzahl von miteinander verbundenen Draht- und Durchkontaktierungsschichten gekoppelt sind und sich zumindest in das Substrat erstrecken.
PIC-Struktur nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein optisches Element, das in der Öffnung angeordnet ist; und einen Wellenleiter, der sich seitlich durch die Barriere erstreckt, wobei der Wellenleiter so ausgebildet ist, dass er optisch zwischen dem optischen Element und einer Komponente in wenigstens einer der mehreren Verbindungsschichten, der aktiven Schicht und dem Substrat kommuniziert.
PIC-Struktur nach Anspruch 1, ferner mit einem Rissstoppring, der sich um einen Außenumfang der PIC-Struktur erstreckt, wobei der Rissstoppring außerhalb des aktiven Bereichs angeordnet ist.
Photonische integrierte Schaltungsstruktur (PIC-Struktur), umfassend: einen aktiven Bereich in wenigstens einer aktiven Schicht über einem Substrat; eine Mehrzahl von dielektrischen Verbindungsschichten über dem aktiven Bereich; eine Öffnung, die durch die Mehrzahl von Verbindungsschichten definiert und innerhalb des aktiven Bereichs angeordnet ist, wobei sich die Öffnung zumindest bis zur aktiven Schicht erstreckt; und eine Barriere innerhalb der Mehrzahl dielektrischer Verbindungsschichten, die die Öffnung umgibt; wobei die Barriere einen ersten Wandabschnitt, der an einer Ecke auf einen zweiten Wandabschnitt trifft, und einen abgeschrägten Wandabschnitt aufweist, der sich zwischen dem ersten Wandabschnitt und dem zweiten Wandabschnitt über die Ecke erstreckt.
PIC-Struktur nach Anspruch 11, wobei die Barriere außerdem eine Eckstütze aufweist: wobei ein erster Stützwandabschnitt eine Verlängerung des ersten Wandabschnitts und den zweiten Wandabschnitt verbindet; wobei ein zweiter Stützwandabschnitt eine Verlängerung des zweiten Wandabschnitts und den ersten Wandabschnitt verbindet; und wobei ein dritter Stützwandabschnitt die Verlängerung des ersten Wandabschnitts und die Verlängerung des zweiten Wandabschnitts verbindet.
PIC-Struktur nach Anspruch 11, wobei die Barriere eine Mehrzahl von miteinander verbundenen Draht- und Durchkontaktierungsschichten umfasst; und eine Mehrzahl von Ankern, die mit einer untersten der Mehrzahl von miteinander verbundenen Draht- und Durchkontaktierungsschichten verbunden sind und sich zumindest in das Substrat erstrecken.
PIC-Struktur nach Anspruch 11, ferner umfassend einen Rissstoppring, der sich um einen Außenumfang der PIC-Struktur erstreckt, wobei der Rissstoppring außerhalb des aktiven Bereichs angeordnet ist.
PIC-Struktur nach Anspruch 11, ferner umfassend: ein optisches Element, das in der Öffnung angeordnet ist; und einen Wellenleiter, der sich seitlich durch die Barriere erstreckt, wobei der Wellenleiter so konfiguriert ist, dass er optisch zwischen dem optischen Element und einer Komponente in wenigstens einer der Mehrzahl von Verbindungsschichten, der aktiven Schicht und dem Substrat kommuniziert.
Verfahren, umfassend: ein Bilden einer Barriere mit einer Mehrzahl von dielektrischen Verbindungsschichten über einer aktiven Schicht eines aktiven Bereichs einer photonisch integrierten Schaltungsstruktur (PIC-Struktur), wobei die Barriere einen reservierten Bereich innerhalb des aktiven Bereichs umgibt; ein Bilden einer Öffnung in dem reservierten Bereich und durch die Mehrzahl dielektrischer Verbindungsschichten zu wenigstens der aktiven Schicht des aktiven Bereichs; und wobei die Barriere einen ersten Wandabschnitt, der an einer Ecke auf einen zweiten Wandabschnitt trifft, und einen abgeschrägten Wandabschnitt umfasst, der sich zwischen dem ersten Wandabschnitt und dem zweiten Wandabschnitt über die Ecke erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Bilden der Barriere ferner ein Bilden einer Eckstütze umfasst, umfassend: ein Bilden eines ersten Stützwandabschnitts, der eine Verlängerung des ersten Wandabschnitts und des zweiten Wandabschnitts verbindet; ein Bilden eines zweiten Stützwandabschnitts, der eine Verlängerung des zweiten Wandabschnitts und des ersten Wandabschnitts verbindet; und ein Bilden eines dritten Stützwandabschnitts, der die Verlängerung des ersten Wandabschnitts und die Verlängerung des zweiten Wandabschnitts verbindet.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Bilden der Öffnung ein Bilden einer Mehrzahl von Öffnungen umfasst, die innerhalb der Mehrzahl von dielektrischen Verbindungsschichten festgelegt und innerhalb des aktiven Bereichs angeordnet sind, wobei sich jede Öffnung zumindest bis zur aktiven Schicht erstreckt, und wobei die Barriere innerhalb der Mehrzahl von dielektrischen Verbindungsschichten jede Öffnung umgibt, und ferner ein Koppeln eines optischen Elements innerhalb jeder Öffnung.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend ein Koppeln eines optischen Elements in die Öffnung.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend, ein Bilden eines Rissstopprings während der Bildung der Barriere, wobei sich der Rissstoppring entlang eines äußeren Umfangs der PIC-Struktur erstreckt und außerhalb eines äußeren Umfangs des aktiven Bereichs angeordnet ist.