EP1303773A2 - Systeme d'interconnexion optique dans un circuit microelectronique realise sur un substrat soi - Google Patents

Systeme d'interconnexion optique dans un circuit microelectronique realise sur un substrat soi

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EP1303773A2
EP1303773A2 EP01958187A EP01958187A EP1303773A2 EP 1303773 A2 EP1303773 A2 EP 1303773A2 EP 01958187 A EP01958187 A EP 01958187A EP 01958187 A EP01958187 A EP 01958187A EP 1303773 A2 EP1303773 A2 EP 1303773A2
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EP
European Patent Office
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optical
silicon film
interconnection system
silicon
microelectronic circuit
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01958187A
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German (de)
English (en)
Inventor
Suzanne Colette Marion Laval
Alain Georges Henri Koster
Daniel Albert Pascal
François Anceau
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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Publication date
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/43—Arrangements comprising a plurality of opto-electronic elements and associated optical interconnections
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    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
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    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12166—Manufacturing methods
    • G02B2006/12176—Etching

Definitions

  • the invention relates to an optical interconnection system in a microelectronic circuit (or integrated circuit) produced on an SOI substrate. It relates in particular to an interconnection system allowing the optical distribution of a clock signal between different blocks of a microelectronic circuit.
  • microelectronics industry has started the transition to SOI (Silicon-On-Insulator) technologies allowing a technological leap resulting in a speed gain of at least 20%.
  • SOI Silicon-On-Insulator
  • Patent TJS-A-6,063,299 discloses a manufacturing process, on a silicon-on-insulator type substrate (SOI substrate), of waveguides in edge, single-mode and with wide section (width of the edge and typical silicon film thickness of 3 to 5 ⁇ m). These guides are the basis of integrated optical circuits associated with optical fibers.
  • SOI substrate silicon-on-insulator type substrate
  • the invention applies in particular to the distribution of clock signals. It will resolve one of the foreseeable blocking points of the "roadmap" for the years 2005 to 2010 which is that of the distribution of clock signals in circuits comprising several hundreds of millions of transistors with clock frequencies of up to ten gigahertz.
  • the subject of the invention is therefore an optical interconnection system in a microelectronic circuit produced on an SOI substrate, that is to say a substrate having a silicon film supported by a layer of electrically insulating material, the microelectronic circuit comprising at least one functional block to be connected made in the silicon film, the optical interconnection system comprising at least one optical microguide constituted by a ribbon delimited in the silicon film, by lateral confinement zones for connecting the functional block .
  • the lateral confinement zones can be zones of the silicon film etched and filled with a confinement material, for example a silicon oxide or a silicon nitride. They can be oxidized zones of the silicon film.
  • the microelectronic circuit comprising several functional blocks, the interconnection system is arranged between the functional blocks, under the routing channels of this microelectronic circuit. This interconnection system can in particular be a clock signal distribution system.
  • the subject of the invention is also a method of producing a microelectronic circuit on an SOI substrate, that is to say a substrate having a silicon film supported by a layer of electrically insulating material, the microelectronic circuit having to comprise at at least one functional block produced in the silicon film and connected by an interconnection system, the method being characterized in that it comprises: - stages of production of the functional block,
  • FIGS. 1A to 1C illustrate a first alternative embodiment of an optical microguide for an optical interconnection system according to the present invention
  • FIGS. 2A to 2C illustrate a second alternative embodiment of an optical microguide for an optical interconnection system according to the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional representation of part of an integrated circuit showing the location of optical microguides, according to the present invention.
  • An SOI substrate generally consists of a silicon substrate successively supporting an oxide layer and a silicon film in which electronic devices are produced.
  • This silicon film naturally constitutes an optical waveguide at the near infrared wavelengths used in optical telecommunications (1.3 ⁇ m).
  • a tree of microguides, of width less than a ⁇ m, can be produced there, admitting small radii of curvature.
  • These microguides can be produced using as much as possible the technological stages of manufacturing integrated circuits. They can be placed in the space available under the routing channels, between the functional blocks which constitute a VLSI circuit (on the same chip).
  • Light can be injected at the edge of the chip, either from an optical fiber using the dielectric layers used to isolate the metal connections and to transfer the light to the root of the microguide tree by a coupler.
  • diffraction grating either by direct coupling of a laser diode to the microguide.
  • the modulation of the optical signal is obtained either directly by modulation of the current of the laser diode, or by integration of a SiGe / Si quantum well modulator.
  • the detection of the optical signal is obtained by an integrated photodetector either of the metal-semiconductor-metal (MSM) type, or based on SiGeC.
  • MSM metal-semiconductor-metal
  • the silicon film of an SOI substrate naturally forms an optical waveguide at wavelengths in optical telecommunications.
  • These guides optical on SOI substrate and the performance of the end components (modulators and detectors) in development on silicon make it possible to envisage the realization of optical transmissions at frequencies of several GHz inside an integrated circuit chip.
  • the inventors of the present invention have verified that the silicon film of an SOI substrate of the SIMOX (Separation by IMplanted OXygen) type can form a very good optical guide at the wavelength of
  • the propagation losses measured in the planar guides for such substrates are of the order of 5 dB / cm, which corresponds to light leaks towards the massive part of the substrate due to the small thickness of the buried silica layer.
  • SOI substrates offer much greater latitude in the choice of the thicknesses of the buried silica layer and of the silicon film. Such substrates therefore make it possible to envisage the production of optical guides having extremely propagation losses. reduced. These thicknesses can then be chosen so that the losses by light leakage towards the massive part of the substrate, through the buried silica layer, are negligible. These thicknesses can also be chosen so that the optical guide can be quasi-single-mode whatever the polarization of the light (TE or TM) and so that the coupling of the light in the guide is optimum.
  • TE or TM polarization of the light
  • the high difference in refractive index between silicon and silica leads to strong confinement of the electromagnetic field in the waveguide.
  • the electromagnetic field can be confined laterally by delimiting a ribbon (which forms a two-dimensional guide) either by etching the silicon film and depositing silica or nitride in the etched areas, or by oxidation. It is thus possible to produce microguides of small width (of the order of 1 ⁇ m), spaced apart by a few ⁇ m only and capable of accepting radii of curvature of the order of 5 ⁇ m without prohibitive losses. Several of these microguides can then be placed in the space available between the functional blocks of an integrated circuit, under the routing channels.
  • FIG. 1A shows an SOI substrate 10 of a standard type for microelectronics.
  • the substrate 10 consists of a solid part or support 11 of silicon successively supporting a layer 12 of silicon oxide and a film 13 of silicon.
  • the initial thickness of the silicon film 13 is generally of the order of 0.2 ⁇ m.
  • the film 13 will be thinned to around 0.1 ⁇ m to produce transistors there.
  • the parts of the film reserved for the optics must nevertheless keep a thickness 0.2 ⁇ m minimum to limit light leakage to the support 11.
  • a first alternative embodiment of a microguide, compatible with microelectronic processes, is to deposit a layer of silicon nitride 15 on the film 13 of the substrate 10 which has been thermally oxidized beforehand to preserve the quality of the interface.
  • the film 13 therefore successively supports a layer 14 of thermal oxide approximately 30 nm thick and the layer 15 of silicon nitride.
  • All the optical components to be produced are then delimited by photolithography and etching of the entire thickness of the nitride layer 15.
  • FIG. 1B shows this lateral delimitation for a waveguide.
  • the etching of the layer 15 provides a part 16 delimiting the width of the waveguide to be obtained and parts 17 and 18 located on either side of the part 16 and delimiting the zones of lateral confinement of the waveguide.
  • the nitride layer 15 then serves as a mask for partial oxidation of the silicon film 13.
  • This oxidation defines the geometry of the optical components.
  • FIG. 1C shows the lateral confinement zones 21 and 22 obtained, the silicon part 20 constituting the heart of the waveguide.
  • the silicon film 13 must be thinned in the regions where components such as transistors will be produced. This production technique provides interfaces of good optical quality between the silicon guide and the confining silica.
  • FIG. 2A to 2C are cross-sectional and partial views.
  • FIG. 2A shows an SOI substrate 30 consisting of a solid part or support 31 of silicon successively supporting a layer 32 of silicon oxide and a film 33 of silicon.
  • a mask 35 of resin has been formed on the film 33 in order to delimit a waveguide to be produced in the film 33.
  • FIG. 2B shows the result obtained after etching the film 33 through the mask 35.
  • Two trenches 36 and 37 define the location of the lateral confinement zones, the silicon part 40 constituting the heart of the waveguide. The mask 35 is then removed.
  • FIG. 2C shows the result obtained after the deposition of a layer of silica 43 on the etched silicon film 33.
  • the silica fills the trenches made previously to create lateral confinement zones 41 and 42.
  • FIG. 3 is a cross-sectional representation of part of an integrated circuit showing the location of optical microguides according to the present invention.
  • the SOI substrate 50 consists of a silicon support 51 supporting a layer of silica 52 and a silicon film 53. From the silicon film 53, an optical interconnection system comprising silicon ribbons 54 and 55 has been produced. delimited by lateral containment zones. Functional blocks 56 and 57 have also been made in the silicon film 53.
  • a layer 58 which is in fact a superposition of several layers, covers the silicon film 53. The layer 58 ensures the lateral confinement of the silicon ribbons 54 and 55. It incorporates horizontal electrical connections in the routing channels 60 and vertical connections 61 between the metallization levels and towards the functional blocks 56 and 57.
  • FIG. 3 clearly shows that the optical interconnection system is arranged between the functional blocks 56 and 57 and under routing channels 60.
  • the characteristics of the optical distribution of the clock according to the present invention make it possible to use it to convey the fastest clock. This will be detected at each block to generate its local electric clock system. Clocks of more global levels will be obtained by detection and division of the optical clock. They will be distributed electrically. A phase loop will align, at the level of each block, the phase of its fast clock on that of communication.

Abstract

L'invention concerne un système d'interconnexion optique dans un circuit microélectronique réalisé sur un substrat SOI (30), c'est-à-dire un substrat présentant un film de silicium (33) supporté par une couche de matériau électriquement isolant (32), le circuit microélectronique comprenant au moins un bloc fonctionnel à connecter réalisé dans le film de silicium. Le système comprend au moins un microguide optique constitué d'un ruban (40) délimité dans le film de silicium par des zones de confinement latéral (41, 42) pour connecter le bloc fonctionnel.

Description

SYSTEME D'INTERCONNEXION OPTIQUE DANS UN CIRCUIT MICROELECTRONIQUE REALISE SUR UN SUBSTRAT SOI
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne un système d'interconnexion optique dans un circuit microélectronique (ou circuit intégré) réalisé sur un substrat SOI. Elle concerne en particulier un système d'interconnexion permettant la distribution optique d'un signal d'horloge entre différents blocs d'un circuit microélectronique.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
L'industrie de la microélectronique a entamé le passage aux technologies sur substrat SOI (de l'anglais Silicon-On-Insulator) permettant un saut technologique se traduisant par un gain en vitesse d'au moins 20%. Sur ces substrats, des mémoires et des microprocesseurs ont été développés.
Un point crucial qui affecte la limitation des performances des circuits intégrés, compte tenu de leur complexité croissante, est celui des interconnexions. Les technologies actuelles utilisent 7 niveaux d'interconnexions qui occupent une place considérable et limitent les performances en vitesse des circuits. Le remplacement de l'aluminium par le cuivre pour réaliser ces interconnexions a permis de gagner en performances mais ce gain s'avère insuffisant pour les prochaines générations de circuits intégrés.
Par ailleurs, l'optique a été introduite dans les systèmes de télécommunications et, progressivement, les interconnexions optiques se développent pour les courtes distances (armoires, paniers, cartes...). Il a également été proposé de réaliser des composants optoélectroniques sur des substrats SOI en utilisant le film superficiel de silicium comme guide d'onde de faibles pertes dans le proche infrarouge. Ainsi l'article "Optical modulation at 1.3 /im on silicon-on-insulator (SIMOX) standard substrate for spatial light modulator applications" de N. LANDRU et al., paru dans Electronics Letters, 20 janvier 2000, vol. 36, N° 2, pages 161 à 163, divulgue un modulateur de lumière comprenant une structure en anneau. La lumière se propage dans le film de silicium du substrat SOI . Le confinement latéral de la lumière dans -le film de silicium est obtenu par dopage de régions du film.
Le brevet TJS-A-6 063 299 divulgue un procédé de fabrication, sur un substrat du type silicium-sur-isolant (substrat SOI), de guides d'ondes en arête, monomodes et à section large (largeur de l'arête et épaisseur du film de silicium typiques de 3 à 5 μm) . Ces guides sont à la base de circuits d'optique intégrée associés à des fibres optiques.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Il est proposé selon la présente invention de réaliser des microguides optiques dans le film de silicium d'un substrat SOI pour obtenir des interconnexions optiques au sein de circuits intégrés électroniques en technologie CMOS .
L'invention s'applique en particulier à la distribution des signaux d'horloge. Elle permettra de résoudre l'un des points de blocage prévisible de la "roadmap" pour les années 2005 à 2010 qui est celui de la distribution des signaux d'horloge dans des circuits comportant plusieurs centaines de millions de transistors avec des fréquences d'horloge atteignant la dizaine de gigahertz.
L'invention a donc pour objet un système d'interconnexion optique dans un circuit microélectronique réalisé sur un substrat SOI, c'est-à- dire un substrat présentant un film de silicium supporté par une couche de matériau électriquement isolant, le circuit microélectronique comprenant au moins un bloc fonctionnel à connecter réalisé dans le film de silicium, le système d'interconnexion optique comprenant au moins un microguide optique constitué d'un ruban délimité dans le film de silicium, .par des zones de confinement latéral pour connecter le bloc fonctionnel . Les zones de confinement latéral peuvent être des zones du film de silicium gravées et remplies d'un matériau de confinement, par exemple un oxyde de silicium ou un nitrure de silicium. Elles peuvent être des zones oxydées du film de silicium. Avantageusement, le circuit microélectronique comprenant plusieurs blocs fonctionnels, le système d'interconnexion est disposé entre les blocs fonctionnels, sous les canaux de routage de ce circuit microélectronique . Ce système d'interconnexion peut notamment être un système de distribution de signaux d'horloge.
L'invention a aussi pour objet un procédé de réalisation d'un circuit microélectronique sur un substrat SOI, c'est-à-dire un substrat présentant un film de silicium supporté par une couche de matériau électriquement isolant, le circuit microélectronique devant comprendre au moins un bloc fonctionnel réalisé dans le film de silicium et connecté par un système d'interconnexion, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend : - des étapes de réalisation du bloc fonctionnel ,
- des étapes de réalisation d'au moins un microguide optique constitué d'un ruban délimité dans le film de silicium par des zones de confinement latéral afin d'obtenir un système d'interconnexion optique pour la connexion du bloc fonctionnel.
Avantageusement, au moins certaines étapes parmi les étapes de réalisation du bloc fonctionnel et les étapes de réalisation du microguide optique sont réalisées simultanément .
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels :
- les figures 1A à 1C illustrent une première variante de réalisation d'un microguide optique pour un système d'interconnexion optique selon la présente invention,
- les figures 2A à 2C illustrent une deuxième variante de réalisation d'un microguide optique pour un système d'interconnexion optique selon la présente invention,
- la figure 3 est une représentation en coupe transversale d'une partie d'un circuit intégré montrant l'emplacement de microguides optiques, selon la présente invention. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION DE L ' INVENTION
Un substrat SOI est généralement constitué d'un substrat de silicium supportant successivement une couche d'oxyde et un film de silicium dans lequel sont réalisés des dispositifs électroniques. Ce film de silicium constitue naturellement un guide d'onde optique aux longueurs d'ondes du proche infrarouge utilisées dans les télécommunications optiques (1,3 μm) . Un arbre de microguides, de largeur inférieure au μm, peut y être réalisé, admettant de faibles rayons de courbure . Ces microguides peuvent être réalisés en utilisant autant que faire se peut les étapes technologiques de fabrication des circuits intégrés. Ils peuvent être placés dans l'espace disponible sous les canaux de routage, entre les blocs fonctionnels qui constituent un circuit VLSI (sur une même puce) .
La lumière peut être injectée en bord de puce, soit à partir d'une fibre optique en utilisant les couches diélectriques servant à 1 ' isolation des connexions métalliques et un transfert de la lumière à la racine de l'arbre de microguides par un coupleur à réseau de diffraction, soit par le couplage direct d'une diode laser au microguide. La modulation du signal optique est obtenue soit directement par modulation du courant de la diode laser, soit par intégration d'un modulateur à puits quantiques SiGe/Si. La détection du signal optique est obtenue par un photodétecteur intégré soit de type métal- semiconducteur-métal (MSM) , soit à base de SiGeC.
Le film de silicium d'un substrat SOI forme naturellement un guide d'onde optique aux .longueurs d'onde des télécommunications optiques. Ces guides optiques sur substrat SOI et les performances des composants d'extrémité (modulateurs et détecteurs) en développement sur le silicium permettent d'envisager la réalisation de transmissions optiques à des fréquences de plusieurs GHz à l'intérieur d'une puce de circuit intégré .
Pour que 1 ' insertion des éléments optiques dans les circuits intégrés VLSI soit réaliste, la conception de ces éléments doit être faite en tenant compte de la technologie de fabrication des circuits de façon à utiliser le plus possible les étapes _ de fabrication des transistors CMOS ou BiCMOS . Dans le cas de la distribution du signal d'horloge par voie optique, cette application de l'invention permet de réduire les écarts de phase et donc d'assurer un meilleur synchronisme dans le circuit .
Les inventeurs de la présente invention ont vérifié que le film de silicium d'un substrat SOI de type SIMOX (Séparation by IMplanted OXygen) peut former un très bon guide optique à la longueur d'onde de
1,3 μm bien que, dans les substrats standard utilisés en microélectronique, l'épaisseur de ce film soit très mince (0,2 μm) et celle de la couche de silice limitée
(0,45 μm) . Les pertes de propagation mesurées dans les guides plans pour de tels substrats sont de l'ordre de 5 dB/cm, ce qui correspond aux fuites de lumière vers la partie massive du substrat du fait de la faible épaisseur de la couche de silice enterrée.
D'autres substrats SOI, en particulier ceux commercialisés par la société SOITEC sous le nom Unibond, offrent une beaucoup plus grande latitude dans le choix des épaisseurs de la couche de silice enterrée et du film de silicium. De tels substrats permettent donc d'envisager la réalisation de guides optiques présentant des pertes de propagation extrêmement réduites. Ces épaisseurs peuvent être alors choisies pour que les pertes par fuite de lumière vers la partie massive du substrat, au travers de la couche de silice enterrée, soient négligeables. Ces épaisseurs peuvent également être choisies pour que le guide optique puisse être quasi-monomode quelle que soit la polarisation de la lumière (TE ou TM) et pour que le couplage de la lumière dans le guide soit optimum.
La différence élevée d'indice de réfraction entre le silicium et la silice conduit à un fort confinement du champ électromagnétique dans le guide d'onde. Le champ électromagnétique peut être -confiné latéralement en délimitant un ruban (qui forme un guide deux dimensions) soit par gravure du film de silicium et dépôt de silice ou de nitrure dans les zones gravées, soit par oxydation. Il est ainsi possible de réaliser des microguides de faible largeur (de l'ordre de 1 μm) , espacés entre eux de quelques μm seulement et pouvant accepter des rayons de courbure de l'ordre de 5 μm sans pertes prohibitives. On peut alors disposer plusieurs de ces microguides dans l'espace disponible entre les blocs fonctionnels d'un circuit intégré, sous les canaux de routage .
Les figures 1A à 1C sont des vues en coupe transversale et partielles. La figure 1A montre un substrat SOI 10 d'un type standard pour la microélectronique. Le substrat 10 est constitué d'une partie massive ou support 11 en silicium supportant successivement une couche 12 en oxyde de silicium et un film 13 de silicium. L'épaisseur initiale du film de silicium 13 est généralement de l'ordre de 0,2 μm. Le film 13 sera aminci à environ 0,1 μm pour y réaliser des transistors . Les parties du film réservées à l'optique doivent néanmoins garder une épaisseur minimale de 0,2 μm pour limiter les fuites de lumière vers le support 11.
Une première variante de réalisation d'un microguide, compatible avec les procédés microélectroniques, est de déposer une couche de nitrure de silicium 15 sur le film 13 du substrat 10 qui a été au préalable oxydé thermiquement pour préserver la qualité de l'interface. Le film 13 supporte donc successivement une couche 14 d'oxyde thermique de 30 nm d'épaisseur environ et la couche 15 de nitrure de silicium.
Tous les composants optiques à réaliser (guides, diviseur de faisceaux, réseaux de couplage) sont alors délimités par photolithographie et gravure de toute 1 ' épaisseur de la couche de nitrure 15. La figure 1B montre cette délimitation latérale pour un guide d'onde. La gravure de la couche 15 fournit une partie 16 délimitant la largeur du guide d'onde à obtenir et des parties 17 et 18 situées de part et d'autre de la partie 16 et délimitant les zones de confinement latéral du guide d'onde.
La couche de nitrure 15 sert alors de masque pour une oxydation partielle du film de silicium 13. Cette oxydation définit la géométrie des composants optiques. La figure IC montre les zones de confinement latéral 21 et 22 obtenues, la partie 20 en silicium constituant le cœur du guide d'onde. Le film de silicium 13 doit être aminci dans les régions où seront réalisés des composants tels que des transistors. Cette technique de réalisation assure des interfaces de bonne qualité optique entre le guide en silicium et la silice de confinement.
Une autre technique pour délimiter les microguides est de graver tout ou partie du film de silicium pour y réaliser des tranchées pouvant atteindre jusqu'à la couche de silice enterrée. C'est ce qu'illustrent les figures 2A à 2C qui sont des vues en coupe transversales et partielles.
La figure 2A montre un substrat SOI 30 constitué d'une partie massive ou support 31 en silicium supportant successivement une couche 32 en oxyde de silicium et un film 33 de silicium. Un masque 35 de résine a été formé sur le film 33 afin de délimiter un guide d'onde à réaliser dans le film 33. La figure 2B montre le résultat obtenu après gravure du film 33 au travers du masque 35. Deux tranchées 36 et 37 définissent l'emplacement des zones de confinement latéral, la partie 40 en silicium constituant le cœur du guide d'onde. Le masque 35 est ensuite retiré.
La figure 2C montre le résultat obtenu après le dépôt d'une couche de silice 43 sur le film 33 de silicium gravé. La silice comble les tranchées réalisées précédemment pour créer des zones de confinement latéral 41 et 42.
La figure 3 est une représentation en coupe transversale d'une partie d'un circuit intégré montrant l'emplacement de microguides optiques, selon la présente invention. Le substrat SOI 50 est constitué d'un support 51 en silicium supportant une couche de silice 52 et un film de silicium 53. A partir du film de silicium 53 a été réalisé un système d'interconnexion optique comprenant des rubans de silicium 54 et 55 délimités par des zones de confinement latéral. Des blocs fonctionnels 56 et 57 ont été réalisés également dans le film de silicium 53. Une couche 58, qui est en fait une superposition de plusieurs couches, recouvre le film de silicium 53. La couche 58 assure le confinement latéral des rubans de silicium 54 et 55. Elle incorpore des connexions électriques horizontales dans les canaux de routage 60 et des connexions verticales 61 entre les niveaux de métallisation et vers les blocs fonctionnels 56 et 57. La figure 3 montre bien que le système d'interconnexion optique est disposé entre les blocs fonctionnels 56 et 57 et sous les canaux de routage 60.
La diminution de la taille des motifs et l'augmentation de celle des circuits entraînent une augmentation importante de leur taille relative rapportée à celle d'un transistor. L'une des conséquences de cette évolution est que les horloges à fréquence convenable pour rythmer un module d'environ un million de transistors, ne peuvent plus assurer des relations de phase correctes pour des échanges à "longue distance" au travers de la puce. Cet état de choses conduit naturellement les concepteurs de circuits intégrés à utiliser une hiérarchie d'horloges de fréquences décroissantes pour rythmer les échanges dans les blocs, entre les blocs, et jusqu'aux échanges au travers de la puce . Pour éviter les problèmes d' asynchronisme dus au déphasage entre ces horloges, qui peuvent amener des problèmes tels que la métastabilité, il importe de maintenir des relations de phase précises entre les différents niveaux d'horloge.
Les caractéristiques de la distribution optique de l'horloge selon la présente invention permettent de l'utiliser pour véhiculer l'horloge la plus rapide. Celle-ci sera détectée au niveau de chaque bloc pour générer son système d'horlogerie électrique local . Les horloges des niveaux plus globaux seront obtenues par détection et division de l'horloge optique . Elles seront distribuées électriquement . Une boucle de phase permettra d'aligner, au niveau de chaque bloc, la phase de son horloge rapide sur celle de communication.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d'interconnexion optique dans un circuit microélectronique réalisé sur un substrat SOI (10, 30, 50), c'est-à-dire un substrat présentant un film de silicium (13, 33, 53) supporté par une couche de matériau électriquement isolant (12, 32, 52), le circuit microélectronique comprenant au moins un bloc fonctionnel (56, 57) à connecter réalisé dans le film de silicium, le système d'interconnexion optique comprenant au moins un microguide optique constitué d'un ruban (20, 40, 54, 55) délimité dans le -film de silicium (13, 33, 53) par des zones de confinement latéral pour connecter le bloc fonctionnel.
2. Système d'interconnexion optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les zones de confinement latéral (41, 42) sont des zones du film de silicium (33) gravées et remplies d'un matériau de confinement.
3. Système d'interconnexion optique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau de confinement est un oxyde de silicium ou un nitrure de silicium.
4. Système d'interconnexion optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les zones de confinement latéral (21, 22) sont des zones oxydées du film de silicium (13) .
5. Système d'interconnexion optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le circuit microélectronique comprenant plusieurs blocs fonctionnels, le système d'interconnexion est disposé entre les blocs fonctionnels (56, 57) , sous les canaux de routage (60) de ce circuit microélectronique.
6. Système d'interconnexion optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est un système de distribution de signaux d'horloge .
7. Procédé de réalisation d'un circuit microélectronique sur un substrat SOI (10, 30, 50), c'est-à-dire un substrat présentant un film de . silicium
(13, 33, 53) supporté par une couche de matériau électriquement isolant (12, 32, 52), le circuit microélectronique devant comprendre au moins un bloc fonctionnel (56, 57) réalisé dans le film de silicium et connecté par un système d'interconnexion, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend :
- des étapes de réalisation du bloc fonctionnel (56, 57),
- des étapes de réalisation d'au moins un microguide optique constitué d'un ruban (20, 40, 54, 55) délimité dans le film de silicium (13, 33, 53) par des zones de confinement latéral afin d'obtenir un système d'interconnexion optique pour la connexion du bloc fonctionnel (56, 57).
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'au moins certaines étapes parmi les étapes de réalisation du bloc fonctionnel et les étapes de réalisation du microguide optique sont réalisées simultanément.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100495094C (zh) 2003-04-23 2009-06-03 斯欧普迪克尔股份有限公司 在soi光学平台上形成的亚微米平面光波设备
JP5130621B2 (ja) 2005-11-24 2013-01-30 ソニー株式会社 半導体基板の製造方法
JP4438835B2 (ja) * 2007-07-20 2010-03-24 ソニー株式会社 高周波信号生成方法および高周波信号生成装置
KR20100061607A (ko) * 2008-11-29 2010-06-08 한국전자통신연구원 고속 광배선 소자
US8842945B2 (en) 2011-08-09 2014-09-23 Soitec Methods of forming three dimensionally integrated semiconductor systems including photoactive devices and semiconductor-on-insulator substrates
FR2979169B1 (fr) * 2011-08-19 2014-04-25 Soitec Silicon On Insulator Systèmes semi-conducteurs intégrés en trois dimensions comportant des dispositifs photo-actifs

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5057022A (en) * 1989-03-20 1991-10-15 Miller Robert O Method of making a silicon integrated circuit waveguide
US5394490A (en) * 1992-08-11 1995-02-28 Hitachi, Ltd. Semiconductor device having an optical waveguide interposed in the space between electrode members
US5367585A (en) * 1993-10-27 1994-11-22 General Electric Company Integrated microelectromechanical polymeric photonic switch
DE19503641A1 (de) * 1995-02-06 1996-08-08 Forschungszentrum Juelich Gmbh Schichtstruktur mit einer Silicid-Schicht, sowie Verfahren zur Herstellung einer solchen Schichtstruktur
US5559912A (en) * 1995-09-15 1996-09-24 International Business Machines Corporation Wavelength-selective devices using silicon-on-insulator
US5986331A (en) * 1996-05-30 1999-11-16 Philips Electronics North America Corp. Microwave monolithic integrated circuit with coplaner waveguide having silicon-on-insulator composite substrate
US5838870A (en) * 1997-02-28 1998-11-17 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Nanometer-scale silicon-on-insulator photonic componets
JP3853905B2 (ja) * 1997-03-18 2006-12-06 株式会社東芝 量子効果装置とｂｌトンネル素子を用いた装置
US5987196A (en) * 1997-11-06 1999-11-16 Micron Technology, Inc. Semiconductor structure having an optical signal path in a substrate and method for forming the same
GB2339919B (en) * 1998-07-17 2002-12-11 Bookham Technology Ltd Thermo-optic semiconductor device
GB2343293B (en) * 1998-10-23 2003-05-14 Bookham Technology Ltd Manufacture of a silicon waveguide structure

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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