DE102022123288A1

DE102022123288A1 - Optische Komponenten unterschnitten durch abgedichteten Hohlraum

Info

Publication number: DE102022123288A1
Application number: DE102022123288.3A
Authority: DE
Inventors: Ryan Sporer; Yusheng Bian; Takako Hirokawa
Original assignee: GlobalFoundries US Inc
Current assignee: GlobalFoundries US Inc
Priority date: 2021-10-26
Filing date: 2022-09-13
Publication date: 2023-04-27
Also published as: US11650382B1; US20230128786A1; CN116027484A

Abstract

Strukturen, die eine optische Komponente, wie z.B. einen Kantenkoppler, umfassen, und Verfahren zur Herstellung einer Struktur, die eine optische Komponente, wie z.B. einen Kantenkoppler, umfasst. Die Struktur umfasst ein Substrat mit einem abgedichteten Hohlraum, eine optische Komponente und eine dielektrische Schicht zwischen der optischen Komponente und dem abgedichteten Hohlraum. Die optische Komponente ist vertikal über dem Substrat und der dielektrischen Schicht angeordnet und die optische Komponente überlappt mit dem abgedichteten Hohlraum in dem Substrat.

Description

Hintergrund
Die vorliegende Erfindung betrifft photonische Chips und insbesondere Strukturen mit einer optischen Komponente, wie z.B. einem Kantenkoppler, und Verfahren zur Herstellung einer Struktur mit einer optischen Komponente, wie z.B. einem Kantenkoppler.
Photonische Chips werden in vielen Anwendungen und Systemen verwendet, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Datenkommunikationssysteme und Datenverarbeitungssysteme. Ein photonischer Chip integriert optische Komponenten, wie Wellenleiter, Photodetektoren, Modulatoren und optische Leistungsteiler, und elektronische Komponenten, wie Feldeffekttransistoren, in eine einheitliche Plattform. Faktoren wie Layoutfläche, Kosten und Betriebsaufwand können durch die Integration von beiden Arten von Komponenten auf demselben Chip reduziert werden.
Ein Kantenkoppler, der auch als Spot-Size-Konverter bezeichnet wird, wird üblicherweise für die Einkopplung von Licht einer bestimmten Mode von einer Lichtquelle, z. B. einem Laser oder einer optischen Faser, in optische Komponenten auf dem photonischen Chip verwendet. Der Kantenkoppler kann einen Abschnitt eines Wellenleiterkerns enthalten, der einen inversen Konus definiert, der sich in der Nähe der Lichtquelle befindet. Ein inverser Konus bezieht sich auf einen konusförmigen Abschnitt eines Wellenleiterkerns, der durch eine allmähliche Zunahme der Breite entlang einer Modenausbreitungsrichtung gekennzeichnet ist. Bei der Konstruktion des Kantenkopplers bildet das schmale Ende des inversen Konus eine Facette, die sich nahe der Lichtquelle befindet, und das breite Ende des inversen Konus ist mit einem anderen Abschnitt des Wellenleiterkerns verbunden, der das Licht zu den optischen Komponenten des photonischen Chips leitet.
Die sich graduell ändernde Querschnittsfläche des inversen Konus unterstützt eine Modentransformation und eine Veränderung der Modengröße, die mit der Modentransformation verbunden sind, wenn Licht von der Lichtquelle zum Kantenkoppler übertragen wird. Das schmale Ende an der Spitze des inversen Konus ist nicht in der Lage, die von der Lichtquelle einfallende Mode vollständig einzuschließen, da die Querschnittsfläche der Spitze an ihrem schmalen Ende erheblich kleiner ist als die Modengröße. Folglich verteilt sich ein erheblicher Prozentsatz des elektromagnetischen Feldes der einfallenden Mode um die Spitze des inversen Konus. Mit zunehmender Breite kann der inverse Konus die gesamte einfallende Mode aufnehmen und das elektromagnetische Feld einschränken.
Herkömmliche Kantenkoppler können erhebliche Leckverluste aufweisen, insbesondere bei großen Moden, die in das Substrat des photonischen Chips gelangen. Es hat sich als schwierig erwiesen, zufriedenstellende Korrekturmaßnahmen zu implementieren.
Es sind verbesserte Strukturen, die eine optische Komponente, wie z. B. einen Kantenkoppler, umfassen, und Verfahren zur Herstellung einer Struktur erforderlich, die eine optische Komponente, wie z. B. einen Kantenkoppler, umfasst.
Zusammenfassung
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Struktur ein Substrat mit einem abgedichteten Hohlraum, eine optische Komponente und eine dielektrische Schicht zwischen der optischen Komponente und dem abgedichteten Hohlraum. Die optische Komponente ist vertikal über dem Substrat und der dielektrischen Schicht angeordnet und die optische Komponente überlappt den abgedichteten Hohlraum in dem Substrat.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren ein Bilden einer optischen Komponente und ein Bilden eines abgedichteten Hohlraums in einem Substrat. Zwischen der optischen Komponente und dem abgedichteten Hohlraum wird eine dielektrische Schicht angeordnet. Die optische Komponente wird vertikal über dem Substrat und der dielektrischen Schicht angeordnet und die optische Komponente überlappt den abgedichteten Hohlraum in dem Substrat.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen, die Bestandteil dieser Beschreibung sind, veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der allgemeinen Beschreibung der Erfindung oben und der detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen unten zur Erläuterung der Ausführungsformen der Erfindung. In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Merkmale in den verschiedenen Ansichten.

1 ist eine Draufsicht auf eine Struktur in einer anfänglichen Herstellungsphase eines Verarbeitungsverfahrens gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
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.
2B ist eine Querschnittsansicht der Struktur, die allgemein entlang der Linie 2B-2B in 1 verläuft.
3 ist eine Draufsicht auf die Struktur in einer Herstellungsphase des Verarbeitungsverfahrens nach 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.
4B ist eine Querschnittsansicht der Struktur, die allgemein entlang der Linie 4B-4B in 3 verläuft.
5 ist eine Draufsicht auf die Struktur in einer Herstellungsphase des Verarbeitungsverfahrens nach 3.
6 ist eine Querschnittsansicht der Struktur, die allgemein entlang der Linie 6-6 in 5 verläuft.
6A ist eine Querschnittsansicht der Struktur, die allgemein entlang der Linie 6A-6A in 5 verläuft.
6B ist eine Querschnittsansicht der Struktur, die allgemein entlang der Linie 6B-6B in 5 verläuft.
7 ist eine Draufsicht auf die Struktur in einer Herstellungsphase des Verarbeitungsverfahrens nach 5.
8 ist eine Querschnittsansicht der Struktur, die allgemein entlang der Linie 8-8 in 7 verläuft.
8A ist eine Querschnittsansicht der Struktur, die allgemein entlang der Linie 8A-8A in 7 verläuft.
8B ist eine Querschnittsansicht der Struktur, die allgemein entlang der Linie 8B-8B in 7 verläuft.
9 ist eine Draufsicht auf die Struktur in einer Herstellungsphase des Verarbeitungsverfahrens nach 7.
10 ist eine Querschnittsansicht der Struktur, die allgemein entlang der Linie 10-10 in 9 verläuft.
10A ist eine Querschnittsansicht der Struktur, die allgemein entlang der Linie 10A-10A in 9 verläuft.
10B ist eine Querschnittsansicht der Struktur, die allgemein entlang der Linie 10B-10B in 9 verläuft.
11 ist eine Draufsicht auf eine Struktur gemäß alternativen Ausführungsformen der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung
Mit Bezug auf die 1, 2, 2A, 2B und gemäß Ausführungsformen der Erfindung umfasst ein Kantenkoppler 10 mehrere Segmente 12 und Abschnitte 20, 22 eines Wellenleiterkerns 14, die nahe den Segmenten 12 angeordnet sind. Die Segmente 12 und Abschnitte 20, 22 des Wellenleiterkerns 14 sind entlang einer Längsachse 13 des Kantenkopplers 10 angeordnet. Die Segmente 12 sind unter einem Abstand entlang einer Längsachse 13 als Merkmale in einem Abschnitt des Kantenkopplers 10 angeordnet, der zunächst Licht von einer Lichtquelle, wie z. B. einer optischen Faser oder einem Laser, empfängt. Licht breitet sich innerhalb des Kantenkopplers 10 in einer Richtung von den Segmenten 12 zu den Abschnitten 20, 22 des Wellenleiterkerns 14 aus. Jedes Segment 12 weist an seinen Seitenkanten gegenüberliegende Seitenwände 16, 17 auf. Der Wellenleiterkern 14 weist an seinen Seitenkanten gegenüberliegende Seitenwände 18, 19 auf. Der Abschnitt 20 des Wellenleiterkerns 14 umfasst Einkerbungen oder Kerben in den Seitenwänden 18, 19. Der Abschnitt 22 des Kantenkopplers 10 ist konusförmig zulaufend ausgebildet.
In alternativen Ausführungsformen kann der Kantenkoppler 10 einen verschiedenen Aufbau aufweisen. In alternativen Ausführungsformen kann der Kantenkoppler 10 durch eine andere Art von optischer Komponente ersetzt werden, z. B. durch einen gerippten Wellenleiterkern, einen konusförmig zulaufenden Wellenleiterkern, einen geraden Wellenleiterkern usw.
Der Kantenkoppler 10 kann über einer dielektrischen Schicht 24 angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann die dielektrische Schicht 24 aus Siliziumdioxid gebildet sein. In einer Ausführungsform kann die dielektrische Schicht 24 eine vergrabene Oxidschicht eines Silizium-auf-Isolator-Substrats sein und das Silizium-auf-Isolator-Substrat kann außerdem ein Substrat 26 aus einem Halbleitermaterial (z. B. einkristallines Silizium) aufweisen. Die Segmente 12 und der Wellenleiterkern 14 können aus einem Halbleitermaterial gebildet sein, z. B. aus einkristallinem Silizium. In einer Ausführungsform können die Segmente 12 und der Wellenleiterkern 14 gleichzeitig durch Strukturierung einer einkristallinen Silizium-Vorrichtungsschicht eines Silizium-auf-Isolator-Substrats mit Lithographie- und Ätzverfahren gebildet werden. In einer Ausführungsform können die Segmente 12 und der Wellenleiterkern 14 durch Lithografie- und Ätzverfahren aus der Vorrichtungsschicht heraus strukturiert werden, ohne die Vorrichtungsschicht vollständig zu durchätzen, um eine verbundene Plattenschicht zu bilden, die dünner ist als die Segmente 12 und der Wellenleiterkern 14.
In alternativen Ausführungsformen kann der Kantenkoppler 10 aus einem anderen Material gebildet sein. In einer Ausführungsform können die Segmente 12 und der Wellenleiterkern 14 aus einem dielektrischen Material gebildet sein, z. B. aus Siliziumnitrid. Die Segmente 12 und der Wellenleiterkern 14 können durch Abscheidung einer Schicht aus dem Material, aus dem sie gebildet sind, und durch Strukturierung der abgeschiedenen Schicht mittels Lithografie- und Ätzprozessen hergestellt werden.
Mit Bezug auf die 3, 4, 4A, 4B, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Merkmale in den 1, 2, 2A, 2B beziehen, kann in einer nachfolgenden Herstellungsphase eine dielektrische Schicht 25 über dem Kantenkoppler 10 und der dielektrischen Schicht 24 aufgebracht werden. Die dielektrische Schicht 25 kann aus einem dielektrischen Material, z. B. Siliziumdioxid, gebildet sein, das durch eine chemische Gasphasenabscheidung abgeschieden und durch chemisch-mechanisches Polieren planarisiert wird.
Die dielektrischen Schichten 24, 25 werden mit Hilfe von Lithographie- und Ätzverfahren strukturiert, um Öffnungen 28, 29 festzulegen, die vollständig durch die dielektrischen Schichten 24, 25 bis zum Substrat 26 durchdringen. Der Lithografieprozess kann eine Bildung einer Ätzmaske umfassen, die eine durch einen Schleuderbeschichtungsprozess aufgebrachte Fotolackschicht umfasst, die vorgebacken, mit durch Licht belichtet wird, das durch eine Fotomaske projiziert wird, nach der Belichtung gebacken und mit einem chemischen Entwickler entwickelt wird, um entsprechende Öffnungen an den vorgesehenen Stellen für die Öffnungen 28, 29 zu bilden. Das Ätzverfahren kann ein anisotropes Ätzverfahren sein, z. B. ein reaktives lonenätzverfahren, und die Ätzmaske kann nach der Bildung der Öffnungen 28, 29 z. B. durch Plasmaveraschung entfernt werden.
Die Öffnungen 28, 29 können länglich oder schlitzförmig sein und eine Länge aufweisen, die deutlich größer ist als ihre Breite, und sie können mit einem bestimmten Abstand in parallelen Reihen einer rechteckigen Anordnung angeordnet sein, die zur Längsachse 13 des Kantenkopplers 10 symmetrisch angeordnet ist. Die Öffnungen 28 können in der dielektrischen Schicht 24 neben der Seitenwand 16 der Abschnitte 20, 22 des Wellenleiterkerns 14 und den Seitenwänden 18 der Segmente 12 angeordnet sein. Die Öffnungen 29 können in der dielektrischen Schicht 24 nahe der Seitenwand 17 der Abschnitte 20, 22 des Wellenleiterkerns 14 und der Seitenwände 19 der Segmente 12 angeordnet sein. In einer Richtung quer zur Längsachse 13 sind die Öffnungen 28 und die Öffnungen 29 durch einen Abstand S voneinander getrennt. Die Öffnungen 28, 29 legen Vorbohrungen fest, die sich durch die dielektrische Schicht 24 bis zum Substrat 26 erstrecken, um einen nachfolgenden isotropen Ätzprozess zum Ätzen des Substrats 26 durchzuführen. Abschnitte der dielektrischen Schicht 24 sind als Brücken zwischen benachbarten Paaren der Öffnungen 28 und als Brücken zwischen benachbarten Paaren der Öffnungen 29 positioniert, um nach der Durchführung des anschließenden isotropen Ätzprozesses, bei dem das Substrat 26 unter der dielektrischen Schicht 24 entfernt wird, eine mechanische Unterstützung zu gewährleisten.
Die Öffnungen 28, 29 können eine gleichmäßige Beabstandung aufweisen, um eine periodische Anordnung festzulegen. In alternativen Ausführungsformen kann die Beabstandung der Öffnungen 28, 29 apodisiert (d. h. nicht gleichmäßig) sein, um eine nicht-periodische Anordnung festzulegen. In einer Ausführungsform können die Öffnungen 28, 29 eine rechteckig strukturierte Gestalt aufweisen. In alternativen Ausführungsformen können die Öffnungen 28, 29 eine andere strukturierte Gestalt aufweisen, z. B. eine ovale Gestalt oder eine trapezförmige Gestalt. Die Öffnungen 28, 29 können eine Hauptachse (d. h. Länge) aufweisen, die mit der Längsachse 13 des Kantenkopplers 10 ausgerichtet ist, oder alternativ kann die Hauptachse der Öffnungen 28, 29 relativ zur Längsachse 13 des Kantenkopplers 10 abgewinkelt oder gekippt oder sogar senkrecht dazu ausgerichtet sein. In alternativen Ausführungsformen können mehrere benachbarte Reihen von Öffnungen 28 und/oder mehrere benachbarte Reihen von Öffnungen 29 gebildet werden.
Mit Bezug auf die 5, 6, 6A, 6B, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Merkmale in den 3, 4, 4A, 4B beziehen, und in einer nachfolgenden Herstellungsphase wird ein Hohlraum 30 in dem Substrat 26 durch ein isotropes Nass- oder Trockenätzverfahren gebildet, wobei die strukturierte dielektrische Schicht 24 als Hartmaske dient. Die Öffnungen 28, 29 ermöglichen den Zugang zum Substrat 26 für den isotropen Ätzprozess, der zur Bildung des Hohlraums 30 durchgeführt wird. Der isotrope Ätzprozess umfasst eine seitliche Ätzkomponente, die den Hohlraum 30 vertieft und eine vertikale Ätzkomponente, die den Hohlraum 30 erweitert. In einer Ausführungsform kann der Hohlraum 30 zwischen der Reihe von Öffnungen 28 und der Reihe von Öffnungen 29 zentriert sein. Die Längen, Breiten und Beabstandungen der Öffnungen 28, 29 können angepasst werden, um die Eigenschaften des Hohlraums 30 einzustellen.
Der Hohlraum 30 ist im Substrat 26 unter den Segmenten 12 und den Abschnitten 20, 22 des Wellenleiterkerns 14 angeordnet. Der Kantenkoppler 10 ist auf der dielektrischen Schicht 24 so angeordnet, um mit dem Hohlraum 30 im Substrat 26 zu überlappen. In einer Ausführungsform kann der Kantenkoppler 10 über dem Hohlraum 30 zentriert sein. Der Hohlraum 30 umfasst eine Kammer 32 und eine Kammer 34, die mit der Kammer 32 verbunden ist und in diese übergeht. Die Kammer 32 steht mit den Öffnungen 28 in Verbindung, die Kammer 34 steht mit den Öffnungen 29 in Verbindung und die Kammern 32, 34 verschmelzen während des Ätzens aufgrund der seitlichen Ätzkomponente. Der Hohlraum 30 kann eine Länge L zwischen einem Ende 36 und einem dem Ende 36 gegenüberliegenden Ende 38 aufweisen und der Hohlraum 30 kann sich über die gesamte Länge des Kantenkopplers 10 erstrecken. Der Hohlraum 30 weist eine Breite W auf, die größer ist als die Breite des Kantenkopplers 10. Der Hohlraum 30 ist an den gegenüberliegenden Enden 36, 38 geschlossen und Abschnitte des Substrats 26 sind an den gegenüberliegenden Enden 36, 38 als jeweilige Längsgrenzen angeordnet. Der isotrope Ätzprozess kann so gesteuert werden, dass keines der Enden 36, 38 geöffnet wird, indem z. B. eine Kante des Substrats 26 gekreuzt wird.
Der Hohlraum 30 ist insgesamt von oben von der dielektrischen Schicht 24 und von unten und seitlich vom Substrat 26 umgeben, wodurch der Hohlraum 30 mit Ausnahme der Öffnungen 28, 29 vollständig abgedichtet wird, die anschließend angedichtet werden. Die Kammer 32 umfasst eine gekrümmte Seitenwand 33 und die Kammer 34 umfasst eine gekrümmte Seitenwand 35, die die Seitenwand 33 kreuzt, um einen Grat 40 als Höcker zu definieren. In einer Ausführungsform, in der die Öffnungen 28 und die Öffnungen 29 symmetrisch zum Kantenkoppler 10 angeordnet sind, kann der Grat 40 direkt unter den Segmenten 12 und den Abschnitten 20, 22 des Wellenleiterkerns 14 angeordnet sein.
Mit Bezug auf die 7, 8, 8A, 8B, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Merkmale in den 5, 6, 6A, 6B beziehen, und in einem nachfolgenden Herstellungsstadium werden Verschlusselemente 42 in den Öffnungen 28, 29 gebildet. Die Verschlusselemente 42 können durch Abscheiden einer dielektrischen Schicht über dem Kantenkoppler 10 und der dielektrischen Schicht 25 durch eine chemische Gasphasenabscheidung und Planarisierung der dielektrischen Schicht durch chemisch-mechanisches Polieren gebildet werden. Die Verschlusselemente 42 können aus einem dielektrischen Material, wie z. B. Siliziumdioxid, gebildet werden.
Die Verschlusselemente 42 füllen und verschließen zumindest einen Abschnitt von einer jeden der Öffnungen 28, 29 in den dielektrischen Schichten 24, 25 als Sperren, die die Öffnungen 28, 29 verschließen. Nach Bildung der Verschlusselemente 42 wird der Hohlraum 30 vollständig abgedichtet, um einen Luftspalt festzulegen, der atmosphärische Luft bei oder nahe dem atmosphärischen Druck, ein anderes Gas bei oder nahe dem atmosphärischen Druck oder atmosphärische Luft oder ein anderes Gas bei einem subatmosphärischen Druck (z. B. ein Teilvakuum) aufweisen kann. Der durch den abgedichteten Hohlraum 30 definierte Luftspalt kann durch eine Permittivität oder Dielektrizitätskonstante von annähernd Eins (d. h. eine Vakuum-Dielektrizitätskonstante) gekennzeichnet sein, die geringer ist als die Dielektrizitätskonstante eines festen dielektrischen Materials. Der Brechungsindex des abgedichteten Hohlraums 30, der proportional zur Dielektrizitätskonstante ist, ist deutlich niedriger als der Brechungsindex eines festen dielektrischen Materials.
Die Struktur, die den Kantenkoppler 10 und den abgedichteten Hohlraum 30 umfasst, kann in jeder der hier beschriebenen Ausführungsformen in einen photonischen Chip integriert werden, der elektronische Komponenten und zusätzliche optische Komponenten umfasst. Die elektronischen Komponenten können beispielsweise Feldeffekttransistoren umfassen, die im CMOS-Verfahren hergestellt werden.
Der Kantenkoppler 10 unterätzt den abgedichteten Hohlraum 30 im Substrat 26. Während des Betriebs kann die Struktur, die den Kantenkoppler 10 und den abgedichteten Hohlraum 30 umfasst, aufgrund des offenen Raums mit niedrigem Brechungsindex, der durch den abgedichteten Hohlraum 30 zwischen dem Kantenkoppler 10 und dem Substrat 26 eingeführt wird, einen geringeren Streuverlust von Licht vom Kantenkoppler 10 zum Substrat 26 aufweisen. Die Struktur mit dem Kantenkoppler 10 und dem abgedichteten Hohlraum 30 kann auch die thermische Isolierung des Kantenkopplers 10 gegenüber dem Substrat 26 verbessern, indem sie einen Weg für die Wärmeleitung vom Kantenkoppler 10 zum Substrat 26 eliminiert.
Mit Bezug auf die 9, 10, 10A, 10B und gemäß alternativen Ausführungsformen der Erfindung können die Öffnungen 28 und die Öffnungen 29 in einer konusförmig zulaufenden Anordnung angeordnet sein, in der der Abstand S zwischen benachbarten Paaren der Öffnungen 28 und der Öffnungen 29 in den verschiedenen Reihen der Anordnung in Längsrichtung von einem engen Abstand zu einem breiten Abstand variiert. Die Variation des Abstands S kann zu einer Variation der Form des Hohlraums 30 an verschiedenen Stellen entlang einer Richtung zwischen dem Ende 36 und dem Ende 38 und parallel zur Längsachse 13 des Kantenkopplers 10 führen. Beispielsweise kann die Form des Stegs 40 über die Länge des Hohlraums 30 an verschiedenen Stellen entlang einer Richtung zwischen dem Ende 36 und dem Ende 38 aufgrund der Änderung im Abstand S variieren. In einer Ausführungsform kann die Variation der Gestalt des Hohlraums 30 entlang seiner Länge kontinuierlich sein.
Mit Bezug auf 11 und gemäß alternativen Ausführungsformen der Erfindung können die Öffnungen 28 und die Öffnungen 29 unter einem Versatz angeordnet sein, um eine gestaffelte Anordnung innerhalb einer jeden Reihe des Arrays bereitzustellen, so dass der Abstand S entlang einer Richtung zwischen dem Ende 36 und dem Ende 38 periodisch zwischen einem kleineren Abstand und einem größeren Abstand variiert. Die Veränderung der Positionen der Öffnungen 28, 29 kann zu einer Veränderung der Form des Hohlraums 30 (z. B. einer Veränderung der Form des Grats 40) an verschiedenen Stellen zwischen dem Ende 36 und dem Ende 38 führen, wie in den 10A, 10B allgemein dargestellt ist. Die Formveränderung des Hohlraums 30 kann entsprechend dem variierenden Versatz lokal variieren.
Die oben beschriebenen Verfahren werden bei der Herstellung von integrierten Schaltungschips verwendet. Die daraus resultierenden integrierten Schaltungschips können vom Hersteller in Form eines Rohwafers (z. B. als einzelner Wafer mit mehreren unverpackten Chips), als Nacktchip oder in verpackter Form vertrieben werden. Der Chip kann mit anderen Chips, diskreten Schaltungselementen und/oder anderen Signalverarbeitungsgeräten als Teil eines Zwischenprodukts oder eines Endprodukts integriert werden. Bei dem Endprodukt kann es sich um ein beliebiges Produkt handeln, das integrierte Schaltungschips umfasst, wie z. B. Computerprodukte mit einem Zentralprozessor oder Smartphones.
Eine Bezugnahme in diesem Dokument auf Begriffe, die durch ungefähre Angaben wie „ungefähr“, „etwa“ und „im Wesentlichen“ modifiziert sind, wird nicht auf den genauen Wert beschränkt. Die ungefähre Angabe kann der Genauigkeit eines zur Messung des Wertes verwendeten Instruments entsprechen und, sofern nicht anders von der Genauigkeit des Instruments abhängig, +/- 10 % des angegebenen Wertes/der angegebenen Werte angeben.
Eine Bezugnahme auf Begriffe wie „vertikal“, „horizontal“ usw. wird hier nur beispielhaft und nicht zur Beschränkung verwendet, um einen Bezugsrahmen zu schaffen. Der hier verwendete Begriff „horizontal“ ist als eine Ebene parallel zu einer herkömmlichen Ebene eines Halbleitersubstrats definiert, unabhängig von seiner tatsächlichen dreidimensionalen räumlichen Ausrichtung. Die Begriffe „vertikal“ und „normal“ beziehen sich auf eine Richtung senkrecht zur horizontalen Richtung, wie gerade definiert ist. Der Begriff „lateral“ 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 dazwischen liegende Merkmale vorhanden sein. Ein Merkmal kann mit einem anderen Merkmal „direkt verbunden“ oder damit „direkt gekoppelt“ sein, wenn keine dazwischenliegenden Merkmale vorhanden sind. Ein Merkmal kann mit einem anderen Merkmal „indirekt verbunden“ oder damit „indirekt gekoppelt“ sein, wenn mindestens ein dazwischenliegendes Merkmal vorhanden ist. Ein Merkmal, das sich „auf“ einem anderen Merkmal oder damit „in Kontakt“ steht, kann sich direkt auf dem anderen Merkmal oder damit in direktem Kontakt befinden oder es können stattdessen ein oder mehrere dazwischen liegende Merkmale vorhanden sein. Ein Merkmal kann sich „direkt auf“ einem anderen Merkmal oder damit in „direktem Kontakt“ befinden, wenn keine dazwischenliegenden Merkmale vorhanden sind. Ein Merkmal kann sich „indirekt auf“ einem anderen Merkmal oder damit in „indirektem Kontakt“ befinden, wenn mindestens ein dazwischenliegendes Merkmal vorhanden ist. Es können sich verschiedene Merkmale „überlappen“, wenn sich ein Merkmal über ein anderes Merkmal erstreckt und einen Teil davon entweder mit direktem oder indirektem Kontakt bedeckt.
Die Beschreibungen der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dienen zur Veranschaulichung, sollen jedoch nicht vollständig oder auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sein. Es sind dem Fachmann viele Modifizierungen und Variationen ersichtlich, ohne den Umfang und das Wesen der beschriebenen Ausführungsformen beeinträchtigt werden. Die hierin verwendete Terminologie wurde ausgewählt, um die Prinzipien der Ausführungsformen, die praktische Anwendung oder die technische Verbesserung gegenüber den auf dem Markt befindlichen Technologien bestmöglich zu erläutern oder um es anderen, die sich mit der Materie auskennen, zu ermöglichen, die hierin beschriebenen Ausführungsformen zu verstehen.

Claims

Struktur, umfassend: ein Substrat mit einem abgedichteten Hohlraum; eine optische Komponente; und eine dielektrische Schicht zwischen der optischen Komponente und dem abgedichteten Hohlraum, wobei die optische Komponente vertikal über dem Substrat und der dielektrischen Schicht angeordnet ist und die optische Komponente mit dem abgedichteten Hohlraum im Substrat überlappt.
Struktur nach Anspruch 1, wobei die optische Komponente ein Kantenkoppler ist.
Struktur nach Anspruch 1, wobei die dielektrische Schicht und das Substrat gemeinsam den abgedichteten Hohlraum umgeben.
Struktur nach Anspruch 3, wobei die dielektrische Schicht eine Mehrzahl von Öffnungen und eine Mehrzahl von Verschlusselementen aufweist, die die Mehrzahl von Öffnungen verschließen.
Struktur nach Anspruch 1, wobei der abgedichtete Hohlraum eine erste Kammer und eine zweite Kammer umfasst.
Struktur nach Anspruch 5, wobei die optische Komponente relativ zur ersten Kammer und zur zweiten Kammer zentriert ist.
Struktur nach Anspruch 5, wobei der abgedichtete Hohlraum ein erstes und ein zweites Ende aufweist, die erste Kammer eine erste Seitenwand aufweist, die gekrümmt ist, die zweite Kammer eine zweite Seitenwand aufweist, die gekrümmt ist, und die erste Seitenwand und die zweite Seitenwand sich an einem Grat kreuzen, der sich von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende erstreckt.
Struktur nach Anspruch 1, wobei der abgedichtete Hohlraum ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist und die Gestalt des abgedichteten Hohlraums zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende variiert.
Struktur nach Anspruch 1, wobei die dielektrische Schicht eine Mehrzahl von Öffnungen und eine Mehrzahl von Verschlusselementen aufweist, die die Mehrzahl von Öffnungen verschließen.
Struktur nach Anspruch 9, wobei die Mehrzahl von Öffnungen in einer ersten Reihe und in einer zweiten Reihe angeordnet sind und die optische Komponente seitlich zwischen der ersten Reihe und der zweiten Reihe angeordnet ist.
Struktur nach Anspruch 10, wobei die Mehrzahl von Öffnungen in der ersten Reihe eine erste lineare Anordnung aufweist und die Mehrzahl von Öffnungen in der zweiten Reihe eine zweite lineare Anordnung aufweist.
Struktur nach Anspruch 10, wobei der abgedichtete Hohlraum ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist und die Mehrzahl von Öffnungen in der ersten Reihe von der Mehrzahl von Öffnungen in der zweiten Reihe um einen Abstand beabstandet ist, der entlang einer Richtung zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende variiert.
Struktur nach Anspruch 10, wobei der abgedichtete Hohlraum ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist und die Mehrzahl von Öffnungen in der ersten Reihe von der Mehrzahl von Öffnungen in der zweiten Reihe um einen Abstand beabstandet ist, der entlang einer Richtung von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende zunimmt.
Struktur nach Anspruch 1, wobei die optische Komponente einkristallines Silizium umfasst.
Verfahren, umfassend: ein Bilden einer optischen Komponente; und ein Bilden eines abgedichteten Hohlraums in einem Substrat, wobei eine dielektrische Schicht zwischen der optischen Komponente und dem abgedichteten Hohlraum angeordnet ist, die optische Komponente vertikal über dem Substrat und der dielektrischen Schicht angeordnet ist und die optische Komponente den abgedichteten Hohlraum in dem Substrat überlappt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der abgedichtete Hohlraum nach der Herstellung der optischen Komponente gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Bilden des abgedichteten Hohlraums in dem Substrat unter der dielektrischen Schicht umfasst: ein Strukturieren einer Mehrzahl von Öffnungen, die durch die dielektrische Schicht zum Substrat hindurchdringen; und ein Ätzen des Substrats mit einem isotropen Ätzprozess, um einen Hohlraum unter der dielektrischen Schicht zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner umfassend: ein Bilden eines Verschlusselements aus dielektrischem Material in jeder Öffnung, um den Hohlraum abzudichten und den abgedichteten Hohlraum festzulegen.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Mehrzahl von Öffnungen in einer ersten Reihe und in einer zweiten Reihe angeordnet sind und die optische Komponente seitlich zwischen der ersten Reihe und der zweiten Reihe angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die optische Komponente ein Kantenkoppler ist.