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HINTERGRUND
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Die Offenbarung betrifft Photonikchips und insbesondere Strukturen für einen Kantenkoppler, und Verfahren zum Herstellen derartiger Strukturen.
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Photonikchips werden in vielen Anwendungen und Systemen verwendet, die Datenkommunikationssysteme und Datenberechnungssysteme umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind. Ein Photonikchip integriert optische Komponenten, wie etwa Wellenleiter, Photodetektoren, Modulatoren und optische Leistungssplitter, und elektronische Komponenten, wie etwa Feldeffekttransistoren, in eine vereinigte Plattform. Durch die Integration beider Komponententypen auf dem gleichen Chip können, neben anderen Faktoren, Layoutbereich, Kosten und betrieblicher Overhead reduziert werden.
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Ein Kantenkoppler, auch als Punktgrößenkonverter (spot size converter) bekannt, wird üblicherweise zum Koppeln von Licht einer gegebenen Mode von einer Lichtquelle, wie etwa einem Laser oder einer optischen Faser, zu optischen Komponenten an dem Photonikchip verwendet. Der Kantenkoppler kann eine Sektion eines Wellenleiterkerns umfassen, die eine inverse Verjüngung mit einer Spitze definiert. In der Kantenkopplerkonstruktion stellt das schmale Ende der inversen Verjüngung eine Facette an der Spitze bereit, die angrenzend an die Lichtquelle positioniert ist, und ist das breite Ende der inversen Verjüngung mit einer anderen Sektion des Wellenleiterkerns verbunden, die das Licht zu den optischen Komponenten des Photonikchips führt.
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Der allmählich variierende Querschnittsbereich der inversen Verjüngung unterstützt eine Modentransformation und Modengrößenvariation, die mit der Modenkonversion zusammenhängen, wenn Licht von der Lichtquelle zu dem Kantenkoppler transferiert wird. Die Spitze der inversen Verjüngung ist nicht in der Lage, die von der Lichtquelle empfangene einfallende Mode vollständig zu umschließen, weil die Modengröße beträchtlich größer als der Querschnittsbereich der Spitze ist. Folglich wird ein signifikanter Prozentsatz des elektromagnetischen Feldes der einfallenden Mode um die Spitze der inversen Verjüngung herum verteilt. Wenn ihre Breite zunimmt, kann die inverse Verjüngung die gesamte einfallende Mode unterstützen und das elektromagnetische Feld umschließen.
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Konventionelle Kantenkoppler können anfällig für einen signifikanten Leckageverlust von Licht in das Substrat während einer Verwendung sein. Der Leckageverlust kann einen signifikanten Beitrag von der Nichtübereinstimmung zwischen der großen Modengröße und dem kleinen Querschnittsbereich der Spitze des Kantenkopplers umfassen. Der Leckageverlust kann beim Koppeln von Licht der transversal magnetischen Polarisationsmode von einer monomodigen optischen Faser zu einem Siliziumnitrid-Wellenleiterkern besonders hoch sein.
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Verbesserte Strukturen für einen Kantenkoppler und Verfahren zum Herstellen derartiger Strukturen werden benötigt.
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KURZER ABRISS
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In einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Struktur für einen Kantenkoppler bereitgestellt. Die Struktur umfasst ein Substrat und einen Back-End-of-Line-Stapel, der sich über dem Substrat befindet. Der Back-End-of-Line-Stapel umfasst einen Wellenleiterkern, der eine Längsachse und eine verjüngte Sektion mit einer Breite aufweist, die mit einer Position entlang der Längsachse basierend auf einer nichtlinearen Funktion variiert.
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In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden einer Struktur für einen Kantenkoppler bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Bilden eines Back-End-of-Line-Stapels, der sich über einem Substrat befindet. Der Back-End-of-Line-Stapel umfasst einen Wellenleiterkern, der eine Längsachse und eine verjüngte Sektion mit einer Breite aufweist, die mit einer Position entlang der Längsachse basierend auf einer nichtlinearen Funktion variiert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die beigefügten Zeichnungen, die in diese Beschreibung einbezogen sind und einen Teil von ihr darstellen, veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung und dienen, zusammen mit einer oben gegebenen allgemeinen Beschreibung der Erfindung und der nachstehend gegebenen detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen, dazu, die Ausführungsformen der Erfindung zu erläutern. In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Merkmale in den verschiedenen Ansichten.
- 1 ist eine Draufsicht einer Struktur in einem anfänglichen Fertigungsstadium eines Prozessierungsverfahrens gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
- 2 ist eine Querschnittsansicht insgesamt entlang einer Linie 2-2 in 1.
- 2A ist eine Querschnittsansicht insgesamt entlang einer Linie 2A-2A in 1.
- 3 ist eine Draufsicht der Struktur in einem Fertigungsstadium des Prozessierungsverfahrens anschließend an 1.
- 4 ist eine Querschnittsansicht insgesamt entlang einer Linie 4-4 in 3.
- 4A ist eine Querschnittsansicht insgesamt entlang einer Linie 4A-4A in 3.
- 5 ist eine Draufsicht der Struktur in einem Fertigungsstadium des Prozessierungsverfahrens anschließend an 3.
- 6 ist eine Querschnittsansicht insgesamt entlang einer Linie 6-6 in 5.
- 6A ist eine Querschnittsansicht insgesamt entlang einer Linie 6A-6A in 5.
- 7 ist eine Querschnittsansicht einer Struktur gemäß alternativen Ausführungsformen der Erfindung.
- 8-10 sind Draufsichten einer Struktur in aufeinanderfolgenden Fertigungsstadien gemäß alternativen Ausführungsformen der Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf 1, 2, 2A und gemäß Ausführungsformen der Erfindung umfasst eine Struktur 10 für einen Kantenkoppler einen Wellenleiterkern 12, der über einer dielektrischen Schicht 14 und einem Substrat 16 positioniert ist. In einer Ausführungsform kann die dielektrische Schicht 14 ein dielektrisches Material, wie etwa Siliziumdioxid, umfassen und kann das Substrat 16 ein Halbleitermaterial, wie etwa einkristallines Silizium, umfassen. In einer Ausführungsform kann die dielektrische Schicht 14 eine vergrabene Oxidschicht eines Silizium-auf-Isolator-Substrats sein, und kann die dielektrische Schicht 14 den Wellenleiterkern 12 von dem Substrat 16 trennen. In einer alternativen Ausführungsform kann eine zusätzliche dielektrische Schicht, die ein dielektrisches Material, wie etwa Siliziumdioxid umfasst, zwischen der dielektrischen Schicht 14 und dem Wellenleiterkern 12 positioniert sein.
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Der Wellenleiterkern 12 kann entlang einer Längsachse 13 ausgerichtet sein. Der Wellenleiterkern 12 kann eine inverse Verjüngung 18, eine Sektion 20, die mit der inversen Verjüngung 18 verbunden ist, und eine Sektion 19 umfassen, die durch die inverse Verjüngung 18 mit der Sektion 20 verbunden ist. Eine inverse Verjüngung bezieht sich auf eine verjüngte Sektion eines Wellenleiterkerns, die durch eine allmähliche Zunahme in der Breite entlang einer Modenausbreitungsrichtung gekennzeichnet ist. Die Sektion 19 des Wellenleiterkerns 12 wird durch eine Endoberfläche 22 beendet. In einer alternativen Ausführungsform kann die Sektion 19 weggelassen werden, so dass die inverse Verjüngung 18 eine abgerundete Spitze umfasst, welche die Endoberfläche 22 definiert, die den Wellenleiterkern 12 beendet. Die Sektion 20 des Wellenleiterkerns 12 kann mit anderen optischen Komponenten an dem Photonikchip verbunden sein.
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Der Wellenleiterkern 12 weist gegenüberliegende Seitenkanten 23 auf, die an der Endoberfläche 22 konvergieren. Der Wellenleiterkern 12 weist eine Breite W1 auf, die als ein senkrechter Abstand zwischen den gegenüberliegenden Seitenkanten 23 gemessen werden kann. Die Breite W1 der Sektion 19 kann in Längsrichtung konstant sein, so dass die Sektion 19 nicht verjüngt oder gerade ist. Die Breite W1 der Sektion 20 kann auch in Längsrichtung konstant sein, so dass die Sektion 20 nicht verjüngt oder gerade ist.
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Die inverse Verjüngung 18 definiert eine verjüngte Sektion des Wellenleiterkerns 12. Die Breite W1 der inversen Verjüngung 18 kann mit zunehmendem Abstand entlang der Längsachse 13 von der Endoberfläche 22 basierend auf einer nichtlinearen Funktion, wie etwa einer quadratischen, kubischen, parabolischen, Sinus-, Cosinus-, Bezier- oder exponentiellen Funktion, zunehmen. Die inverse Verjüngung 18 weist eine abgerundete Spitze auf, die an der Sektion 20 überlagert ist. Die inverse Verjüngung 18 ist durch eine Krümmung gekennzeichnet, die angrenzend an die abgerundete Spitze an der Schnittstelle mit der Sektion 19 am stärksten ausgeprägt ist, und die sich der konstanten Breite W1 der Sektion 20 mit zunehmendem Abstand von der abgerundeten Spitze asymptotisch nähert.
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Der Wellenleiterkern 12 kann ein dielektrisches Material, wie etwa Siliziumnitrid, umfassen, das einen Brechungsindex aufweist, der größer als der Brechungsindex von Siliziumdioxid ist. In einer alternativen Ausführungsform kann der Wellenleiterkern 12 Siliziumoxynitrid umfassen. In einer Ausführungsform kann der Wellenleiterkern 12 durch Abscheiden einer Schicht des Materials, aus dem er besteht, durch chemische Dampfabscheidung an der dielektrischen Schicht 14 und Strukturieren der abgeschiedenen Schicht durch Lithografie- und Ätzprozesse gebildet werden. In einer alternativen Ausführungsform kann der Wellenleiterkern 12 Silizium umfassen, das auch einen Brechungsindex aufweist, der größer als der Brechungsindex von Siliziumdioxid ist, und kann von einer Vorrichtungsschicht eines Silizium-auf-Isolator-Substrats strukturiert werden. In alternativen Ausführungsformen können andere Materialien, wie etwa ein Polymer oder ein III-V-Verbindungshalbleiter, verwendet werden, um den Wellenleiterkern 12 zu bilden. In einer alternativen Ausführungsform kann eine Slabschicht mit einem unteren Abschnitt des Wellenleiterkerns 12 verbunden sein. Die Slabschicht kann gebildet werden, wenn der Wellenleiterkern 12 strukturiert wird, und die Slabschicht, die an der dielektrischen Schicht 14 positioniert ist, weist eine Dicke auf, die geringer als die Dicke des Wellenleiterkerns 12 ist.
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Unter Bezugnahme auf 3, 4, 4A, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Merkmale in 1, 2, 2A beziehen, und in einem nachfolgenden Fertigungsstadium sind dielektrische Schichten 24, 25, 26 über dem Wellenleiterkern 12 gebildet. Der Wellenleiterkern 12 ist in der dielektrischen Schicht 24 eingebettet, weil die dielektrische Schicht 24 dicker als die Höhe des Wellenleiterkerns 12 ist. Die Dicke der dielektrischen Schicht 24 und die Höhe des Wellenleiterkerns 12 können einstellbare Variablen sein. Die dielektrischen Schichten 24, 25, 26 können ein dielektrisches Material, wie etwa Siliziumdioxid, Tetraethylorthosilikat-Siliziumdioxid, oder fluoriertem Tetraethylorthosilikat-Siliziumdioxid, umfassen. Das dielektrische Material, das die dielektrische Schicht 24 bildet, sowie die dielektrischen Materialien der dielektrischen Schichten 25, 26 können einen geringeren Brechungsindex als das Material aufweisen, das den Wellenleiterkern 12 bildet. Die dielektrischen Schichten 25, 26 können in einem Back-End-of-Line-Stapel 58 umfasst sein.
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Der Kantenkoppler kann zusätzliche Wellenleiterkerne 28, 30 umfassen, die in einem Niveau des Back-End-of-Line-Stapels 58 gebildet sind und die eine lateral angeordnete nebeneinanderliegende Anordnung an der dielektrischen Schicht 26 aufweisen. Jeder der Wellenleiterkerne 28, 30 kann in Längsrichtung entlang einer Längsachse 31 ausgerichtet sein. Jeder der Wellenleiterkerne 28, 30 ist durch eine abgerundete Spitze 38 an einem Ende und durch eine abgerundete Spitze 40 an dem gegenüberliegenden Ende trunkiert. Jeder der Wellenleiterkerne 28, 30 kann eine inverse Verjüngung 32, eine Sektion 34 und eine Verjüngung 36 umfassen, die entlang der Längsachse 31 zwischen den abgerundeten Spitzen 38, 40 angeordnet sind. Die Sektion 34 ist in Längsrichtung zwischen der inversen Verjüngung 32 und der Verjüngung 36 positioniert. In einer Ausführungsform kann die Sektion 34 an die inverse Verjüngung 32 angefügt sein, und kann die Sektion 34 auch an die Verjüngung 36 angefügt sein. In einer Ausführungsform können die Längsachse 31 des Wellenleiterkerns 28 und die Längsachse 31 des Wellenleiterkerns 30 mit einer parallelen Ausrichtung orientiert sein.
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Der Wellenleiterkern 12 kann in einer vertikalen Richtung zwischen einem Abschnitt von jedem des Wellenleiterkerns 28, 30 und dem Substrat 16 positioniert sein. In einer Ausführungsform kann die Verjüngung 36 des Wellenleiterkerns 28 teilweise mit dem Wellenleiterkern 12 an einem seiner Seitenkanten 23 überlappen, und kann die Verjüngung 36 des Wellenleiterkerns 30 teilweise mit dem Wellenleiterkern 12 an der anderen seiner Seitenkanten 23 überlappen. In einer alternativen Ausführungsform können die Wellenleiterkerne 28, 30 und der Wellenleiterkern 12 eine nicht-überlappende Anordnung aufweisen. Der Wellenleiterkern 28 und der Wellenleiterkern 30 weisen jeweils gegenüberliegende Seitenkanten 33, eine Breite W2 zwischen den gegenüberliegenden Seitenkanten 33 und eine Länge zwischen den gegenüberliegenden abgerundeten Spitzen 38, 40 auf. Die Breite W2 jeder Sektion 34 kann in Längsrichtung konstant und nicht verjüngte Sektionen des Wellenleiterkerns 28, 30 sein.
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Die inverse Verjüngung 32 definiert eine verjüngte Sektion von jedem der Wellenleiterkerne 28, 30. In einer Ausführungsform kann die Breite W2 von jeder inversen Verjüngung 32 mit zunehmendem Abstand entlang der Längsachse 31 von der abgerundeten Spitze 38 basierend auf einer nichtlinearen Funktion zunehmen. In einer Ausführungsform kann die nichtlineare Funktion eine quadratische Funktion sein. In einer alternativen Ausführungsform kann die nichtlineare Funktion eine kubische Funktion sein. In alternativen Ausführungsformen kann die nichtlineare Funktion eine parabolische, Sinus-, Cosinus-, Bezier- oder exponentielle Funktion sein. Jede inverse Verjüngung 32 ist durch eine Krümmung gekennzeichnet, die angrenzend an die abgerundete Spitze 38 am stärksten ausgeprägt ist, und die sich der konstanten Breite W2 der Sektion 34 mit zunehmendem Abstand von der abgerundeten Spitze 38 asymptotisch nähert.
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Die Verjüngung 36 definiert auch eine verjüngte Sektion von jedem der Wellenleiterkerne 28, 30. In einer Ausführungsform kann die Breite W2 jeder Verjüngung 36 mit abnehmendem Abstand entlang der Längsachse 31 von der abgerundeten Spitze 40 basierend auf einer nichtlinearen Funktion abnehmen. In einer Ausführungsform kann die nichtlineare Funktion eine quadratische Funktion sein. In einer alternativen Ausführungsform kann die nichtlineare Funktion eine kubische Funktion sein. In alternativen Ausführungsformen kann die nichtlineare Funktion eine parabolische, Sinus-, Cosinus-, Bezier- oder exponentielle Funktion sein. Jede Verjüngung 36 ist durch eine Krümmung gekennzeichnet, die angrenzend an die abgerundete Spitze 40 am stärksten ausgeprägt ist, und die sich der konstanten Breite W2 der Sektion 34 mit zunehmendem Abstand von der abgerundete Spitze 40 asymptotisch nähert.
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Die Wellenleiterkerne 28, 30 können ein dielektrisches Material, wie etwa Siliziumnitrid, umfassen, das einen Brechungsindex aufweist, der größer als der Brechungsindex von Siliziumdioxid ist. In einer alternativen Ausführungsform können die Wellenleiterkerne 28, 30 Aluminiumnitrid oder Siliziumoxynitrid umfassen. In einer Ausführungsform können Wellenleiterkerne 28, 30 durch Abscheiden einer Schicht des Materials, aus dem sie bestehen, durch chemische Dampfabscheidung an der dielektrischen Schicht 26 und Strukturieren der abgeschiedenen Schicht durch Lithografie- und Ätzprozesse gebildet werden. In einer alternativen Ausführungsform kann eine Slabschicht mit einem unteren Abschnitt von jedem der Wellenleiterkerne 28, 30 verbunden sein. Die Slabschicht kann gebildet werden, wenn die Wellenleiterkerne 28, 30 strukturiert werden, und die Slabschicht, die an der dielektrischen Schicht 26 positioniert ist, weist eine Dicke auf, die geringer als die Dicke der Wellenleiterkerne 28, 30 ist. In einer alternativen Ausführungsform kann die Slabschicht die Wellenleiterkerne 28, 30 verbinden.
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Unter Bezugnahme auf 5, 6, 6A, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Merkmale in 3, 4, 4A beziehen, und in einem nachfolgenden Fertigungsstadium sind dielektrische Schichten 44, 46 des Back-End-of-Line-Stapels 58 über den Wellenleiterkernen 28, 30 gebildet. Die Wellenleiterkerne 28, 30 sind in der dielektrischen Schicht 44 eingebettet, weil die dielektrische Schicht 44 dicker als die Höhe des Wellenleiterkerns 28, 30 ist. Die Dicke der dielektrischen Schicht 44 und die Höhe der Wellenleiterkerne 28, 30 können einstellbare Variablen sein. Die dielektrischen Schichten 44, 46 können ein dielektrisches Material, wie etwa Siliziumdioxid, Tetraethylorthosilikat-Siliziumdioxid, oder fluoriertem Tetraethylorthosilikat-Siliziumdioxid, umfassen. Das dielektrische Material, das die dielektrische Schicht 44 bildet, sowie das dielektrische Material, das die dielektrische Schicht 46 bildet, können einen niedrigeren Brechungsindex als das Material aufweisen, das die Wellenleiterkerne 28, 30 bildet.
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Der Kantenkoppler kann zusätzliche Wellenleiterkerne 48, 50, 52 umfassen, die in einem in einem Niveau des Back-End-of-Line-Stapels 58 gebildet sind und die eine lateral beabstandete nebeneinanderliegende Anordnung an der dielektrischen Schicht 46 aufweisen. Das Niveau des Back-End-of-Line-Stapels 58 umfassend die Wellenleiterkerne 48, 50, 52 ist ein unterschiedliches Niveau des Back-End-of-Line-Stapels 58 von dem Niveau umfassend die Wellenleiterkerne 28, 30. Die Wellenleiterkerne 28, 30 können in einer vertikalen Richtung zwischen den Wellenleiterkernen 48, 50, 52 und dem Substrat 16 positioniert sein.
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Jeder der Wellenleiterkerne 48, 50, 52 kann in Längsrichtung entlang einer Längsachse 51 ausgerichtet sein. Die Wellenleiterkerne 48, 50, 52, die trunkiert sind, erstrecken sich in Längsrichtung zwischen einer Endoberfläche 54 und einer Endoberfläche 56 gegenüber der Endoberfläche 54. In einer Ausführungsform können die Längsachsen 51 der Wellenleiterkerne 48, 50, 52 eine parallele Ausrichtung aufweisen. Jeder der Wellenleiterkerne 48, 50, 52 kann eine Verjüngung 62 und eine Sektion 64 umfassen, die in Längsrichtung zwischen den gegenüberliegenden Endoberflächen 54, 56 positioniert sind. In einer Ausführungsform kann die Sektion 64 an die Verjüngung 62 angefügt sein. Die Verjüngung 62 definiert eine verjüngte Sektion von jedem der Wellenleiterkerne 48, 50, 52.
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Der Wellenleiterkern 50 ist lateral zwischen dem Wellenleiterkern 48 und dem Wellenleiterkern 52 positioniert. Jeder der Wellenleiterkerne 48, 50, 52 weist gegenüberliegende Seitenkanten 53, eine Breite W3, die als ein senkrechter Abstand zwischen den gegenüberliegenden Seitenkanten 53 gemessen werden kann, und eine Länge zwischen den Endoberflächen 54, 56 auf. Die Breite W3 jeder Sektion 64 kann in Längsrichtung konstant sein, um eine nicht verjüngte Sektion zu definieren. Die Breite W3 der Verjüngung 62 des Wellenleiterkerns 48 und der Verjüngung 62 des Wellenleiterkerns 52 nimmt mit zunehmendem Abstand entlang der Längsachse 51 von der Endoberfläche 54 basierend auf einer linearen Funktion ab. Dagegen kann die Breite W3 der Verjüngung 62 des Wellenleiterkerns 50 mit zunehmendem Abstand entlang der Längsachse 51 von der Endoberfläche 54 basierend auf einer nichtlinearen Funktion abnehmen. In einer Ausführungsform kann die nichtlineare Funktion eine quadratische Funktion sein. In einer alternativen Ausführungsform kann die nichtlineare Funktion eine kubische Funktion sein. In alternativen Ausführungsformen kann die nichtlineare Funktion eine parabolische, Sinus-, Cosinus-, Bezier- oder exponentielle Funktion sein. Der Wellenleiterkern 50 ist durch eine Krümmung gekennzeichnet, die angrenzend an die Schnittstelle zwischen der Verjüngung 62 und der Sektion 64 am stärksten ausgeprägt ist, und die sich der konstanten Breite W3 der Sektion 64 mit zunehmendem Abstand von der Endoberfläche 54 asymptotisch nähert.
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Die Wellenleiterkerne 48, 50, 52 können ein dielektrisches Material, wie etwa Siliziumnitrid, umfassen, das einen Brechungsindex aufweist, der größer als der Brechungsindex von Siliziumdioxid ist. In einer alternativen Ausführungsform können die Wellenleiterkerne 48, 50, 52 Aluminiumnitrid oder Siliziumoxynitrid umfassen. In einer Ausführungsform können Wellenleiterkerne 48, 50, 52 durch Abscheiden einer Schicht des Materials, aus dem sie bestehen, durch chemische Dampfabscheidung an der dielektrischen Schicht 46 und Strukturieren der abgeschiedenen Schicht durch Lithografie- und Ätzprozesse gebildet werden. In einer alternativen Ausführungsform kann eine Slabschicht mit einem unteren Abschnitt von jedem der Wellenleiterkerne 48, 50, 52 verbunden sein. Die Slabschicht kann gebildet werden, wenn die Wellenleiterkerne 48, 50, 52 strukturiert werden, und die Slabschicht, die an der dielektrischen Schicht 46 positioniert ist, weist eine Dicke auf, die geringer als die Dicke der Wellenleiterkerne 48, 50, 52 ist. In einer alternativen Ausführungsform kann die Slabschicht die Wellenleiterkerne 48, 50, 52 verbinden.
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Zusätzliche dielektrische Schichten 66 (diagrammatisch in gestrichelten Linien gezeigt) des Back-End-of-Line-Stapels 58, umfassend eine dielektrische Schicht, die eine Feuchtigkeitsbarriere bereitstellt, können über den Wellenleiterkernen 48, 50, 52 gebildet sein.
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Licht (z.B. Laserlicht) kann in einer Modenausbreitungsrichtung 71 von einer Lichtquelle 70 zu dem Kantenkoppler hin gerichtet werden. Das Licht kann eine gegebene Wellenlänge, Intensität, Modenform und Modengröße aufweisen, und der Kantenkoppler kann eine Punktgrößenkonversion (spot size conversion) für das Licht bereitstellen. In einer Ausführungsform kann die Lichtquelle 70 eine einmodige optische Faser sein, die angrenzend an den Kantenkoppler platziert ist. In einer alternativen Ausführungsform kann die Lichtquelle 70 ein Halbleiterlaser sein, und der Halbleiterlaser kann innerhalb eines in dem Substrat 16 gebildeten Hohlraums angebracht sein.
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Die Struktur 10 kann, in jeglicher ihrer hierin beschriebenen Ausführungsformen, in einen Photonikchip integriert sein, der elektronische Komponenten und zusätzliche optische Komponenten umfasst. Beispielsweise können die elektronischen Komponenten Feldeffekttransistoren umfassen, die durch eine CMOS-Prozessierung gefertigt werden.
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Der Kantenkoppler, der nichtlineare verjüngte Sektionen (z.B. nichtlineare Verjüngungen und nichtlineare inverse Verjüngungen) in dem Back-End-of-Line-Stapel 58 aufweist, kann dazu fungieren, einen Leckageverlust von dem Kantenkoppler in das Substrat 16 zu reduzieren, auch in der Abwesenheit eines Hinterschnitts in dem Substrat 16 unter dem Kantenkoppler. Die Leckageverlustreduktion kann die Eliminierung eines Substrathinterschnitts als eine Leckageverlustmaßnahme erlauben und kann in einem hinterschnittfreien, massiven Substrat 16 unter den Wellenleiterkernen 26, 28 und den Wellenleiterkernen 48, 50, 52 resultieren. Ein Eliminieren des Hinterschnitts vereinfacht den Prozessfluss zum Bilden des Kantenkopplers sowie potentielle mechanische Probleme, die aus einem Entfernen eines Abschnitts des Substrats 16 unter der dielektrischen Schicht 14, und deshalb Eliminieren eines Abschnitts der Unterstützung, resultieren. Die Leckageverlustreduktion für Licht mit entweder transversal elektrischer Polarisationsmode oder transversal magnetischer Polarisationsmode kann im Vergleich mit einem konventionellen Kantenkoppler, der keine nichtlinearen Verjüngungen und/oder nichtlineare inverse Verjüngungen in dem Back-End-of-Line-Stapel aufweist, signifikant sein. Der Kantenkoppler kann aufgrund der Hinzufügung der nichtlinearen verjüngten Sektionen zu den Wellenleiterkernen 26, 28 und den Wellenleiterkernen 48, 50, 52 mit einem reduzierten Fußabdruck gebildet sein. Der Kantenkoppler kann aufgrund der Hinzufügung der nichtlinearen verjüngten Sektionen zu den Wellenleiterkernen 26, 28 und den Wellenleiterkernen 48, 50, 52 auch durch einen reduzierten Einfügeverlust gekennzeichnet sein.
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Unter Bezugnahme auf 7 und gemäß alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann ein Hinterschnitt 60 in dem Substrat 16 gebildet sein. Die Wellenleiterkerne 28, 30 und die Wellenleiterkerne 48, 50, 52 können mit dem Hinterschnitt 60 in dem Substrat 16 überlappen. Der Hinterschnitt 60 kann durch Strukturieren von Pilotöffnungen, die die dielektrische Schicht 14 durchdringen, und dann Ätzen des Substrats 16 mit einem durch die Pilotöffnungen bereitgestellten Zugang unter Verwendung eines isotropen Ätzprozesses gebildet werden, der durch sowohl laterale als auch vertikale Ätzkomponenten gekennzeichnet ist. In einer Ausführungsform kann der Hinterschnitt 60 abgedichtet sein. Der Hinterschnitt 60 kann eine zusätzliche Reduktion des Leckageverlusts von Licht von dem Kantenkoppler in das Substrat 16 bereitstellen.
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Unter Bezugnahme auf 8 und gemäß alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann die inverse Verjüngung 18 des Wellenleiterkerns 12 verlängert sein, so dass die inverse Verjüngung 18 näher an der Endoberfläche 22 ist, und kann die Sektion 19 damit einhergehend verkürzt sein.
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Unter Bezugnahme auf 9, in der sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Merkmale in 8 beziehen, und in einem nachfolgenden Fertigungsstadium kann das Niveau des Back-End-of-Line-Stapels 58 umfassend die Wellenleiterkerne 28, 30 durch Eliminieren des Wellenleiterkerns 30, Verschieben des Wellenleiterkerns 28 zu einer zentralen Position in der Struktur 10, und Hinzufügen von Wellenleiterkernen 72, 74 modifiziert werden. Die verschobene Position des Wellenleiterkerns 28 resultiert in einer überlappenden Beziehung zwischen der Verjüngung 36 des Wellenleiterkerns 28 und einem Abschnitt der inversen Verjüngung 18 des Wellenleiterkerns 12. Der Wellenleiterkern 28 und die Wellenleiterkerne 72, 74 sind in einer nebeneinanderliegenden Beziehung angeordnet, wobei der Wellenleiterkern 28 lateral zwischen dem Wellenleiterkern 72 und dem Wellenleiterkern 74 positioniert ist. Jeder der Wellenleiterkerne 72, 74 umfasst eine inverse Verjüngung 76 und eine Verjüngung 78, die in Längsrichtung mit einer hintereinanderliegenden Anordnung positioniert sind, und die jeweils basierend auf einer linearen Funktion in der Breite variieren.
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Unter Bezugnahme auf 10, in der sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Merkmale in 9 beziehen, und in einem nachfolgenden Fertigungsstadium kann das Niveau des Back-End-of-Line-Stapels 58 umfassend die Wellenleiterkerne 48, 50, 52 durch Eliminieren des Wellenleiterkerns 48 und des Wellenleiterkerns 52 modifiziert werden. Ein Wellenleiterkern 49, der identisch oder im Wesentlichen identisch zu dem Wellenleiterkern 50 ist, kann hinzugefügt werden. In dieser Hinsicht umfasst der hinzugefügte Wellenleiterkern 49 die Verjüngung 62, die eine Breite aufweist, die mit zunehmendem Abstand von der Endoberfläche 54 basierend auf einer nichtlinearen Funktion abnimmt. Die Wellenleiterkerne 49, 50 sind mit einer lateral angeordneten nebeneinanderliegenden Anordnung an der dielektrischen Schicht 46 positioniert.
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Die oben beschriebenen Verfahren werden bei der Fertigung von Chips mit integriertem Schaltkreis verwendet. Die resultierenden Chips mit integriertem Schaltkreis können durch den Fertiger in Roh-Wafer-Form (z.B. als einzelner Wafer, der mehrere ungehäuste Chips aufweist), als nackter Chip (bare die), oder in einer gehäusten Form vertrieben werden. Der Chip kann mit anderen Chips, diskreten Schaltelementen und/oder anderen Signalverarbeitungsvorrichtungen als Teil von entweder einem Zwischenprodukt oder einem Endprodukt integriert sein. Das Endprodukt kann irgendein Produkt sein, das Chips mit integriertem Schaltkreis umfasst, wie etwa Computerprodukte, die einen zentralen Prozessor aufweisen, oder Smartphones.
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Bezugnahmen hierin auf Ausdrücke, die durch eine Näherungssprache modifiziert sind, wie „etwa“, „ungefähr“, und „im Wesentlichen“, sollen nicht auf den spezifizierten präzisen Wert beschränkt sein. Die Näherungssprache kann der Präzision eines Instruments entsprechen, das verwendet wird, um den Wert zu messen, und kann, falls nicht anderweitig abhängig von der Präzision des Instruments, einen Bereich von +/- 10% des (der) genannten Werts (Werte) angeben.
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Bezugnahmen hierin auf Ausdrücke wie „vertikal“, „horizontal“, etc. erfolgen beispielhaft und nicht zur Beschränkung, um einen Referenzrahmen festzulegen. Der Ausdruck „horizontal“ wie hierin verwendet, ist als eine Ebene definiert, die parallel zu einer konventionellen Ebene eines Halbleitersubstrats ist, ungeachtet seiner tatsächlichen dreidimensionalen räumlichen Ausrichtung. Die Begriffe „vertikal“ und „normal“ beziehen sich auf eine Richtung, die senkrecht zur Horizontalen, wie gerade definiert, ist. Der Begriff „lateral“ bezieht sich auf eine Richtung innerhalb der horizontalen Ebene.
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Ein Merkmal „verbunden“ oder „gekoppelt“ an ein anderes oder mit einem anderen Merkmal kann an das oder mit dem anderen Merkmal direkt verbunden oder gekoppelt sein oder stattdessen kann eines oder können mehrere dazwischenkommende Merkmale vorhanden sein. Ein Merkmal kann an ein anderes oder mit einem anderen Merkmal „direkt verbunden“ oder „direkt gekoppelt“ sein, falls dazwischenkommende Merkmale nicht vorhanden sind. Ein Merkmal kann an ein anderes oder mit einem anderen Merkmal „indirekt verbunden“ oder „indirekt gekoppelt“ sein, falls wenigstens ein dazwischenkommendes Merkmal vorhanden ist. Ein Merkmal „an“ einem anderen Merkmal oder es „kontaktierend“ kann direkt an oder in direktem Kontakt mit dem anderen Merkmal sein, oder stattdessen kann eines oder können mehrere dazwischenkommende Merkmale vorhanden sein. Ein Merkmal kann „direkt an“ oder in „direktem Kontakt“ mit einem anderen Merkmal sein, falls dazwischenkommende Merkmale nicht vorhanden sind. Ein Merkmal kann „indirekt an“ oder in „indirektem Kontakt“ mit einem anderen Merkmal sein, falls wenigstens ein dazwischenkommendes Merkmal vorhanden ist. Verschiedene Merkmale „überlappen“, wenn sich ein Merkmal über ein anderes Merkmal erstreckt und einen Teil davon bedeckt
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Die Beschreibungen der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden zum Zwecke der Veranschaulichung präsentiert, sollen aber nicht erschöpfend oder auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt sein. Viele Modifikationen und Variationen sind für die gewöhnlichen Fachleute offensichtlich, ohne vom Umfang und der Idee der beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen. Die hierin verwendete Terminologie wurde gewählt, um die Prinzipien der Ausführungsformen, die praktische Anwendung oder technische Verbesserung gegenüber auf dem Markt erhältlichen Technologien am besten zu erklären, oder es anderen gewöhnlichen Fachleuten zu ermöglichen, die hierin offenbarten Ausführungsformen zu verstehen.
