FR3098983A1

FR3098983A1 - Guide d'onde d'une structure SOI

Info

Publication number: FR3098983A1
Application number: FR1908193A
Authority: FR
Inventors: Sebastien Cremer
Original assignee: STMicroelectronics Crolles 2 SAS
Current assignee: STMicroelectronics Crolles 2 SAS
Priority date: 2019-07-19
Filing date: 2019-07-19
Publication date: 2021-01-22
Also published as: US11531224B2; US20210018790A1; US20230074527A1

Abstract

Guide d'onde d'une structure SOI La présente description concerne un procédé comprenant les étapes successives suivantes : a) former une couche (10) en un premier matériau isolant sur une première couche en un deuxième matériau isolant ; b) définir au moins un guide d'onde (20) en le premier matériau dans la couche en le premier matériau ; c) recouvrir le guide d'onde (20) d'une deuxième couche en le deuxième matériau ; d) aplanir la surface supérieure ; et e) former une couche en silicium monocristallin (40) reposant sur la deuxième couche. La présente description concerne également un dispositif comprenant : une couche isolante (32) reposant sur un support (14) ; une couche (40) en silicium monocristallin reposant sur la couche isolante (32) ; et au moins un guide d'onde (20) en un premier matériau noyé dans la couche isolante (32), la couche isolante étant en un deuxième matériau. Figure pour l'abrégé : Fig. 5

Description

Guide d'onde d'une structure SOI

La présente description concerne de façon générale les circuits intégrés photoniques et leurs procédés de fabrication, et plus particulièrement les circuits intégrés photoniques réalisés à partir d'une structure de type silicium sur isolant ou SOI ("Silicon On Insulator").

On connaît des circuits intégrés photoniques réalisés à partir d'une structure SOI, dans lesquels un ou plusieurs composants actifs sont formés dans et/ou sur une couche de silicium monocristallin de la structure SOI, et un ou plusieurs guides d'onde en silicium sont définis dans la couche de silicium monocristallin de la structure SOI. Ces circuits comprennent en outre une structure d'interconnexion reposant sur la couche de silicium monocristallin. La structure d'interconnexion comprend des portions de couches métalliques séparées les unes des autres par des couches isolantes, et des vias conducteurs traversant au moins certaines de ces couches isolantes pour relier électriquement les composants entre eux et/ou à des plots de connexion électrique disposés au niveau d'une face supérieure de la structure d'interconnexion. Un ou plusieurs guides d'ondes, typiquement en nitrure de silicium, peuvent alors être disposés dans une couche isolante, typiquement en oxyde de silicium, de la structure d'interconnexion.

Il existe un besoin de pallier tout ou partie des inconvénients des circuits intégrés photoniques connus réalisés à partir d'une structure SOI, en particulier des circuits intégrés photoniques connus décrits ci-dessus. Il existe également un besoin de pallier tout ou partie des inconvénients des procédés de fabrication des circuits intégrés photoniques connus réalisés à partir d'une structure SOI, en particulier des circuits intégrés photoniques connus décrits ci-dessus.

Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des circuits intégrés photoniques connus réalisés à partir d'une structure SOI, en particulier des circuits intégrés photoniques connus comprenant au moins un guide d'onde en un matériau autre que du silicium monocristallin tel que du nitrure de silicium.

Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des circuits intégrés photoniques connus réalisés à partir d'une structure SOI et comprenant un guide d'onde en nitrure de silicium, en particulier un guide d'onde en nitrure de silicium configuré pour guider un signal optique de longueur d'onde comprise entre 1500 et 1600 nm, par exemple égale à 1550 nm.

Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des procédés de fabrication connus des circuits intégrés photoniques réalisés à partir d'une structure SOI, en particulier lorsque ces circuits comprennent au moins un guide d'onde en un matériau autre que du silicium monocristallin tel que du nitrure de silicium.

Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des procédés de fabrication connus des circuits intégrés photoniques réalisés à partir d'une structure SOI et comprenant un guide d'onde en nitrure de silicium, en particulier un guide d'onde en nitrure de silicium configuré pour guider un signal optique de longueur d'onde comprise entre 1500 et 1600 nm, par exemple égale à 1550 nm.

Un mode de réalisation prévoit un procédé comprenant les étapes successives suivantes :
a) former une couche en un premier matériau isolant sur une première couche en un deuxième matériau isolant recouvrant un support ;
b) définir au moins un guide d'onde en le premier matériau dans la couche en le premier matériau ;
c) recouvrir ledit au moins un guide d'onde en le premier matériau d'une deuxième couche en le deuxième matériau ;
d) aplanir la surface supérieure de la deuxième couche ; et
e) former une couche en silicium monocristallin reposant sur la deuxième couche.

Selon un mode de réalisation, à l'étape a), la couche en le premier matériau est formée par dépôt à une température supérieure à 500°C, de préférence supérieure à 600°C, par exemple une température d'environ 700°C.

Selon un mode de réalisation, à l'étape a), la couche en le premier matériau est formée par dépôt chimique en phase vapeur à basse pression, LPCVD.

Selon un mode de réalisation, ledit au moins un guide d'onde en le premier matériau est configuré pour propager un signal optique de longueur d'onde comprise entre 1500 et 1600 nm, de préférence égale à 1550 nm.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre, après l'étape e), une étape consistant à définir au moins un guide d'onde en silicium dans la couche en silicium monocristallin.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre, après l'étape e), une étape consistant à former au moins une photodiode en germanium à partir de la couche en silicium monocristallin.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre, après l'étape e), une étape consistant à former une structure d'interconnexion reposant sur la couche en silicium monocristallin.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre, lors de la formation de la structure d'interconnexion, une étape de formation d'un autre guide d'onde, de préférence en le premier matériau, noyé dans une couche isolante, de préférence en le deuxième matériau, de la structure d'interconnexion.

Un autre mode de réalisation comprend un dispositif comprenant :
un support ;
une couche isolante reposant sur le support ;
une couche de silicium monocristallin reposant sur la couche isolante ; et
au moins un guide d'onde en un premier matériau noyé dans la couche isolante, la couche isolante étant en un deuxième matériau.

Selon un mode de réalisation, une structure de type silicium sur isolant comprend la couche isolante et la couche de silicium monocristallin.

Selon un mode de réalisation, au moins un guide d'onde en silicium est défini dans la couche en silicium monocristallin.

Selon un mode de réalisation, au moins une photodiode en germanium est disposée dans et/ou sur la couche en silicium monocristallin.

Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre une structure d'interconnexion reposant sur la couche en silicium monocristallin.

Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre un autre guide d'onde, de préférence en le premier matériau, noyé dans une couche isolante, de préférence en le deuxième matériau, de la structure d'interconnexion.

Selon un mode de réalisation le premier matériau est du nitrure de silicium, le deuxième matériau étant de préférence de l'oxyde de silicium.

Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :

la figure 1 est une vue en coupe schématique illustrant une étape d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication ;

la figure 2 est une vue en coupe schématique illustrant une autre étape du procédé de fabrication ;

la figure 3 est une vue en coupe schématique illustrant une autre étape du procédé de fabrication ;

la figure 4 est une vue en coupe schématique illustrant une autre étape du procédé de fabrication ;

la figure 5 est une vue en coupe schématique illustrant d'autres étapes du procédé de fabrication ; et

la figure 6 est une vue en coupe schématique illustrant une variante de réalisation du procédé de fabrication.

De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques.

Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, le fonctionnement des circuits intégrés photoniques et des composants actifs, par exemple une photodiode en germanium, ou passifs, par exemple des guides d'onde, qui les composent n'ont pas été détaillés, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec le fonctionnement des circuits intégrés photoniques usuels et des composants usuels qui les composent. En outre, les diverses applications dans lesquelles peut être prévu un circuit intégré photonique n'ont pas été décrites, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec les applications usuelles dans lesquelles est prévu un circuit intégré photonique.

Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés ou couplés entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés ou couplés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments.

Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures.

Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.

Les figures 1 à 5 illustrent des étapes successives d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication.

La figure 1 est une vue en coupe schématique illustrant une étape du procédé.

A l'étape illustrée par la figure 1, une (première) couche 10 d'un premier matériau par exemple isolant, de préférence du nitrure de silicium, a été formée sur une couche 12 d'un deuxième matériau isolant, de préférence de l'oxyde de silicium, la couche 12 reposant sur un support 14, par exemple un substrat de silicium. La face inférieure de la couche 10 est en contact avec la face supérieure de la couche 12.

Selon un mode de réalisation, la face inférieure de la couche 12 est en contact avec la face supérieure du support 14. En variante, une ou plusieurs couches en des matériaux éventuellement différents de celui de la couche 12 sont intercalées entre la face supérieure du support 14 et la face inférieure de la couche 12, c'est-à-dire entre le support 14 et la couche 12.

De préférence, la couche 10 est formée par dépôt, par exemple par dépôt chimique en phase vapeur ou CVD ("Chemical Vapor Deposition"), à une température supérieure à 500°C, de préférence supérieure à 600°C, par exemple à une température d'environ 700°C, par exemple égale à 700°C. De préférence, la couche 10 est formée par dépôt chimique en phase vapeur à basse pression ou LPCVD ("Low Pressure Chemical Vapor Deposition").

De préférence, le support 14 et la couche 12 forment une plaque ou plaquette ou tranche destinée à devenir une plaque de type SOI à partir de laquelle seront réalisés plusieurs circuits intégrés photoniques. La couche 10 est formée sur toute la plaque, ou, dit autrement, est formée pleine plaque.

A titre d'exemple, l'épaisseur de la couche 12 est comprise entre 1 et 2 µm, par exemple environ égale à 1,5 µm, de préférence égale à 1,5 µm.

A titre d'exemple, l'épaisseur de la couche 10 est comprise entre 300 et 650 nm, par exemple égale à environ 600 nm ou à environ 350 nm, de préférence égale à 600 nm ou à 350 nm. Dans cet exemple, l'épaisseur de la couche 10 est égale à 600 nm.

La figure 2 est une vue en coupe schématique illustrant une étape suivante du procédé.

A l'étape illustrée par la figure 2, un ou plusieurs guides d'onde 20 ont été définis dans la couche 10. Les guides d'onde 20 sont alors en le matériau de la couche 10, du nitrure de silicium dans cet exemple.

Dans l'exemple illustré par la figure 2, un premier guide d'onde 20, à gauche sur la figure, comprend un ruban 20a ayant sensiblement la même épaisseur que la couche 10 à l'étape de la figure 1, et deux ailettes 20b bordant latéralement le ruban 20a, de chaque côté du ruban 20a, les ailettes 20b étant moins épaisses que le ruban 20a. Un tel guide d'onde est couramment appelé guide d'onde à ailettes ("rib waveguide" en anglais).

Dans l'exemple illustré par la figure 2, un deuxième guide d'onde 20, au centre sur la figure, comprend uniquement un ruban 20c. Un tel guide d'onde est couramment appelé guide d'onde à ruban ("strip waveguide" ou "ridge waveguide" en anglais). Le ruban 20c a, dans cet exemple, sensiblement la même épaisseur que la couche 10 à l'étape de la figure 1.

Dans l'exemple illustré par la figure 2, un troisième guide d'onde 20 à ruban, à droite sur la figure, comprend un ruban 20d ayant, dans cet exemple, une épaisseur inférieure à l'épaisseur de la couche 10 à l'étape de la figure 1. Le ruban 20d a par exemple la même épaisseur que les ailettes 20b. L'épaisseur du ruban 20d est par exemple environ égale à 350 nm pour une couche 10 d'épaisseur égale à 600 nm.

Dans d'autres exemples non illustrés, un ou plusieurs guides d'onde 20 ayant des sections transversales de formes différentes de celles des premier, deuxième et troisième guides d'onde 20 décrits ci-dessus peuvent être prévus. Dans encore un autre exemple non illustré, tous les guides d'onde 20 peuvent avoir des sections transversales de formes similaires ou identiques.

La définition des différents exemples de guides d'onde 20 décrits ci-dessus dans la couche 10 est à la portée de l'homme métier, par exemple par des étapes successives de masquage et de gravure de la couche 10.

De préférence, le ou les guides d'onde 20 sont configurés pour guider un signal optique dont la longueur d'onde est comprise entre 1500 et 1600 nm, de préférence égale à 1550 nm.

La figure 3 est une vue en coupe schématique illustrant une étape suivante du procédé.

A l'étape illustrée par la figure 3, une (deuxième) couche 30 du même matériau que la couche 12 a été formée sur toute la plaque (support 14, couche 12 et guides d'onde 20) de manière à recouvrir les guides d'onde 20. La couche 30 est formée de manière que sa face supérieure, c'est-à-dire sa face la plus éloignée de la couche 12, soit plane.

A titre d'exemple, la couche 30 est déposée de manière conforme avec une épaisseur supérieure à celle des guides d'onde 20, c'est-à-dire avec une épaisseur supérieure à celle de la couche 10 à l'étape de la figure 1, puis sa face supérieure est aplanie ou planarisée, par exemple par polissage mécano-chimique (CMP-"Chemical Mecanical Polisshing").

Ainsi, le ou les guides d'onde 20 sont noyés dans une couche 32 du deuxième matériau, dans cet exemple de l'oxyde de silicium. La couche 32 comprend les couches 12 et 30. De préférence, la couche 32 est constituée par les couches 12 et 30.

La figure 4 est une vue en coupe schématique illustrant une étape suivante du procédé.

Cette étape consiste à former une couche 40 de silicium monocristallin reposant sur la couche 32, c'est-à-dire sur la face supérieure plane de la couche 30 (figure 3). Plus précisément, cette étape consiste à reporter une couche 40 sur la couche 32, de préférence par collage moléculaire. La couche 40 est formée pleine plaque, au-dessus de toute la face supérieure plane de la couche 32, la face de la couche 40 disposée du côté de la couche 32, ou face inférieure de la couche 40, étant parallèle et en vis-à-vis de la face supérieure de la couche 32. Bien que cela ne soit pas illustré, on prévoit par exemple que la couche 40 soit munie d'un support ou poignée lors du report, la poignée étant retirée une fois le report effectué. A titre d'exemple, la couche 40 a une épaisseur d'environ 300 nm, par exemple égale à 310 nm. A titre d'exemple, le collage ou report de la couche 40 sur la couche 32 est réalisé lors de la mise en oeuvre du procédé désigné par la marque déposée "Smart Cut".

Selon un mode de réalisation, le report de la couche 40 sur la couche 32 est réalisé en reportant directement la couche 40 sur la couche 32. La couche 40 est alors en contact avec la couche 32. Plus précisément, une première face (face inférieure en figure 4) de la couche 40 est alors en contact d'une première face (face supérieure en figure 4) de la couche 32. Dit autrement, la couche 40 repose directement sur la couche 32.

Selon un autre mode de réalisation non illustré, préalablement au report de la couche 40 sur la couche 32, une couche d'accroche isolante, par exemple en oxyde de silicium, est formée sur la première face de la couche 40 et/ou une couche d'accroche isolante, par exemple en oxyde de silicium, est formée sur la première face de la couche 32. Les premières faces respectives des couches 40 et 32 sont ensuite mises face à face et la couche 40 est reportée sur la couche 32, par exemple en collant la couche d'accroche de la couche 40 directement sur la couche 32, en collant la couche 40 directement sur la couche d'accroche de la couche 32, ou en collant la couche d'accroche de la couche 40 directement sur la couche d'accroche de la couche 32. Il n'y a alors que des couches d'accroche intercalées entre la couche 40 et la couche 32. Dit autrement, la couche 40 repose indirectement sur la couche 32, et, plus précisément, la couche 40 repose directement sur une ou plusieurs couches d'accroche reposant elles-mêmes directement sur la couche 32.

On obtient ainsi une plaque ou dispositif de type SOI. La structure SOI comprend la couche 40 de silicium monocristallin et la couche 32 sur laquelle repose la couche 40, éventuellement avec une ou plusieurs, par exemple deux, couches d'accroche intercalées entre les couches 40 et 32, et plus particulièrement entre les premières faces respectives des couches 32 et 40. En outre, un ou plusieurs guides d'onde 20 sont noyés dans la couche isolante 32 de la structure SOI.

La figure 5 est une vue en coupe schématique illustrant des étapes suivantes du procédé.

A une étape illustrée par la figure 5, des composants 50 optiques et/ou optoélectroniques et/ou électroniques sont formés à partir de la couche 40. Dit autrement, les composants 50 sont disposés dans et/ou sur la couche 40. Dit encore autrement, les composants 50 comprennent des portions de la couche 40.

Selon un mode de réalisation, un des composants 50 formés est une photodiode 50-1 en germanium. La photodiode 50-1 a été formée à partir de la couche 40. A titre d'exemple, la photodiode 50-1 comprend du germanium dopé de type N, par exemple avec des atomes de phosphore. A titre d'exemple, la photodiode 50-1 est formée par épitaxie de germanium à partir du silicium de la couche 40, puis en dopant une première région 50-1a du germanium de type P, par exemple avec des atomes de bore, et une deuxième région 50-1b du germanium de type N, par exemple avec des atomes de phosphore. Dans l'exemple représenté, la photodiode 50-1 est de type PiN et comprend une région 50-1c de germanium intrinsèque (non dopé) intercalée entre les régions 50-1a et 50-1b.

La réalisation des composants 50, et en particulier d'une photodiode 50-1 en germanium, à partir de la couche 40 est à la portée de l'homme du métier, par exemple en mettant en oeuvre des étapes de masquage, de gravure, de dopage, et/ou d'épitaxie usuelles dans le domaine de la photonique intégrée.

En outre, à une autre étape illustrée par la figure 5, des guides d'onde 52 en silicium ont été définis dans la couche 40. La définition des guides d'onde 52 dans la couche 40 est à la portée de l'homme du métier, par exemple en mettant en oeuvre des étapes de masquage et de gravure de la couche 40. De préférence, au moins certaines étapes de masquage et de gravure de la couche 40 sont communes à la réalisation des composants 50 et des guides d'onde 52.

Dans l'exemple illustré par la figure 5, le dispositif comprend, de gauche à droite sur la figure, un réseau de couplage ou coupleur à réseau ("grating coupler" en anglais), un modulateur de phase, un guide d'onde à ruban, la photodiode en germanium 50-1, un guide d'onde à ailettes et un guide d'onde à ailettes fines ("deep rib waveguide" en anglais), c'est-à-dire un guide d'onde à ailettes dont les ailettes ont une épaisseur inférieure à la moitié de l'épaisseur du ruban du guide d'onde.

Après la formation des composants 50 et des guides d'onde 52, à une autre étape illustrée par la figure 5, une structure d'interconnexion 54 est formée, la structure 54 reposant sur la couche 40. Par exemple, les composants 50 et les guides d'onde 52 sont d'abord sont recouverts d'une couche isolante 56, de préférence aplanie par CMP pour présenter une surface supérieure plane, puis la structure d'interconnexion 54 est formée sur la couche 56.

La structure d'interconnexion 54 comprend des portions de couches métalliques 541 séparées les unes des autres par des couches isolantes 542. La structure d'interconnexion 54 comprend en outre des vias conducteurs 543 traversant les couches isolantes 542 dans lesquelles sont noyées les portions de couches métalliques 541 de manière à relier électriquement des portions de couches métalliques 541 entre elles, à des composants 50 et/ou à des plots de connexion 544 formés au niveau de la face supérieure de la structure d'interconnexion 54.

Dans le mode de réalisation illustré par la figure 5, la structure d'interconnexion 54 est dépourvue de guide d'onde noyé dans une couche isolante 542 de la structure d'interconnexion 54.

Bien que cela ne soit pas détaillé ici, les étapes décrites ci-dessus en relation avec les figures 1 à 5 sont réalisées de manière à former simultanément plusieurs circuits intégrés photoniques à partir d'une même plaque de type SOI telle qu'illustrée par la figure 4, ces circuits étant ensuite individualisés en découpant la plaque obtenue après la mise en oeuvre des étapes illustrées par la figure 5.

Le procédé ci-dessus permet l'obtention d'un circuit intégré photonique comprenant des guides d'onde 20 noyés dans la couche isolante 32 d'une structure SOI. Le circuit intégré comprend deux niveaux de guides d'onde, un premier niveau comprenant les guides d'onde 20, et un deuxième niveau comprenant les guides d'onde 52 en silicium monocristallin.

Dans ce procédé, le dépôt du nitrure de silicium de la couche 10 à une température supérieure à 500°C, de préférence supérieure à 600°C, voire supérieure ou égale à 700°C permet de réduire le nombre de liaisons N-H dans le nitrure de silicium de la couche 10, le nombre de ces liaisons diminuant quand la température de formation du nitrure de silicium augmente. Cette diminution du nombre de liaisons N-H dans les guides d'onde 20 est particulièrement avantageuse dans le cas où au moins un guide d'onde 20 est destiné à guider un signal optique de longueur d'onde comprise entre 1500 et 1600 nm, de préférence égale à 1550 nm. En effet, les pertes de propagation d'un tel signal dans un guide d'onde en nitrure de silicium diminuent quand le nombre de liaisons N-H dans le nitrure de silicium diminue.

Dans un guide d'onde en nitrure de silicium disposé dans une structure d'interconnexion d'un circuit intégré photonique de type SOI, pour réduire les pertes de propagation d'un signal optique de longueur d'onde comprise entre 1500 et 1600 nm, voire égale à 1550 nm, on aurait pu penser à effectuer le dépôt du nitrure de silicium du guide d'onde à une température supérieure à 500°C, voire supérieure à 600°C, voire encore supérieure ou égale à 700°C. Toutefois, du fait que ce dépôt aurait été réalisé après la formation de composants à partir la couche de silicium monocristallin de type SOI du circuit intégré, un inconvénient est que les températures élevées du dépôt auraient provoqué la diffusion d'atomes dopants dans ces composants et donc une modification, voire une dégradation, de leurs caractéristiques de fonctionnement. En particulier, une température de dépôt supérieure à 500°C aurait entraîné une diffusion des atomes dopants dans du germanium dopé, et plus particulièrement une diffusion des atomes de phosphore dans du germanium dopé de type N, ce qui aurait par exemple conduit à une augmentation du courant d'obscurité d'une photodiode en germanium du type de celle décrite en relation avec la figure 5.

Pour éviter l'inconvénient susmentionné, on aurait pu penser à déposer le nitrure de silicium à une température supérieure à 500°C, voire supérieure à 600°C, voire supérieure ou égale à 700°C, sur une poignée, puis à reporter le nitrure de silicium sur une couche isolante de la structure d'interconnexion du circuit avant de retirer la poignée et de terminer la formation de la structure d'interconnexion. Toutefois, cela aurait entraîné des contraintes supplémentaires sur la planéité de cette couche isolante de la structure d'interconnexion, et la prévision d'une étape de report ou d'assemblage supplémentaire par rapport au procédé décrit en relation avec les figures 1 à 5.

Plus généralement, par rapport à un procédé dans lequel on aurait formé une couche de nitrure de silicium sur une poignée avant de reporter ou coller cette couche sur une plaque pour y définir ensuite des guides d'onde en nitrure, le procédé ci-dessus est plus simple à mettre en oeuvre du fait qu'il ne comprend pas cette étape de report, ni les contraintes correspondantes de planéité de la surface sur laquelle serait reportée la couche de nitrure.

La figure 6 est une vue en coupe schématique illustrant une variante de réalisation du procédé de fabrication décrit ci-dessus en relation avec les figures 1 à 5. Plus particulièrement, la figure 6 illustre une variante de réalisation de l'étape de formation de la structure d'interconnexion 54. Seules les différences entre l'étape de formation de la structure d'interconnexion 54 décrite en relation avec la figure 5 et celle décrite en relation avec la figure 6 sont mises en exergue.

Par rapport au mode de réalisation décrit en relation avec la figure 5, dans la variante de réalisation illustrée par la figure 6 on prévoit de former au moins un guide d'onde 60 dans la structure d'interconnexion 54. La réalisation d'un ou plusieurs guides d'onde 60 dans une couche isolante 542 de la structure d'interconnexion 54 est à la portée de l'homme du métier, par exemple par des étapes successives de dépôt, masquage et gravure d'une couche pour y définir des guides d'onde 60, ces étapes étant suivies d'une étape de dépôt d'une couche isolante 542.

En figure 6, un seul guide d'onde 60 est représenté. Dans cet exemple, le guide d'onde 60 est un guide d'onde à ruban bien que des guides d'onde 60 ayant une section transversale de forme différente puissent être prévus.

Selon un mode de réalisation, le ou les guides d'onde 60 sont en le même matériau que les guides d'onde 20, la couche isolante 542 de la structure d'interconnexion 54 dans laquelle sont noyés le ou les guides d'onde 60 étant de préférence en le même matériau que la couche 32.

En variante, le ou les guides d'onde 60 sont en un matériau différent de celui des guides d'onde 20, et/ou sont noyés dans une couche 542 en un matériau différent de celui de la couche 32.

En outre, les guides d'onde 60 peuvent être configurés pour guider un signal à une longueur d'onde différente de celle du signal guidé par les guides d'onde 20.

A titre d'exemple, les guides d'onde 20 sont adaptés à guider un signal à une longueur d'onde comprise entre 1500 et 1600 nm, de préférence égale à 1550 nm, et les guides d'onde 60 sont adaptés à guider un signal à une longueur d'onde comprise entre 1260 et 1360 nm, de préférence égale à 1310 nm. Dans cet exemple, dans le cas où les guides d'onde 60 sont en nitrure de silicium, le nitrure de silicium des guides d'onde 60 peut être déposé à une température inférieure à 500°C sans influence sur les pertes par propagation dans les guides d'onde 60.

Par ailleurs, cette variante de réalisation permet l'obtention d'un circuit intégré photonique comprenant trois niveaux de guides d'onde, un premier niveau comprenant les guides d'onde 20, un deuxième niveau comprenant les guides d'onde 52 et un troisième niveau comprenant les guides d'onde 60.

On a décrit en relation avec les figures 1 à 6 un exemple dans lequel les guides d'onde 20 sont en nitrure de silicium et la couche 32 est en oxyde de silicium. L'homme du métier est en mesure d'adapter l'exemple décrit au cas de guides d'onde 20 en un premier matériau autre que du nitrure de silicium, par exemple un premier matériau pouvant nécessiter un dépôt à une température supérieure à 500°C, voire supérieure à 600°C, voire encore supérieure ou égale à 700°C. A titre d'exemple, les guides d'onde 20 peuvent être en SiON ou en Al₂O₃, le matériau de la couche 32 étant éventuellement adapté en conséquence.

Bien que cela n'ait pas été détaillé, l'homme du métier est en mesure de choisir le premier matériau des guides d'onde 20 et le deuxième matériau de la couche 32 dans laquelle sont noyés les guides d'onde 20, par exemple de sorte que l'indice de réfraction du deuxième matériau soit inférieur à celui du premier matériau, et, le cas échéant, à celui du silicium monocristallin.

Par ailleurs, l'homme du métier est en mesure de déterminer les dimensions des guides d'onde 20, 52 et/ou 60, notamment de leurs sections transversales, en fonction des signaux optiques propagés et guidés par ces guides d'onde. En particulier, les modes de réalisation décrits ci-dessus ne se limitent pas au cas de signaux optiques dont la longueur d'onde est comprise entre 1260 et 1360 nm ou entre 1500 nm et 1600 nm.

Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. L’homme de l’art comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d’autres variantes apparaitront à l’homme de l’art. En particulier, l'homme du métier est en mesure d'adapter l'épaisseur des couches 10, 12, 30 et/ou 40 en fonction des dimensions visées des sections transversales des guides d'onde 20 et/ou 52.

Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de l’homme du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. En particulier, l'homme du métier est en mesure de prévoir des repères d'alignement de masque de gravure, par exemple de sorte qu'un guide d'onde 20 soit formé à un emplacement lui permettant d'être couplé optiquement à un guide d'onde 52 et/ou à des composants optoélectroniques 50.

Claims

Procédé de fabrication d’un dispositif comprenant les étapes successives suivantes :
a) former une couche (10) en un premier matériau isolant sur une première couche (12) en un deuxième matériau isolant recouvrant un support (14) ;
b) définir au moins un guide d'onde (20) en le premier matériau dans la couche (10) en le premier matériau ;
c) recouvrir ledit au moins un guide d'onde (20) en le premier matériau d'une deuxième couche (30) en le deuxième matériau ;
d) aplanir la surface supérieure de la deuxième couche (30) ; et
e) former une couche en silicium monocristallin (40) reposant sur la deuxième couche (30).
Procédé selon la revendication 1, dans lequel, à l'étape a), la couche (10) en le premier matériau est formée par dépôt à une température supérieure à 500°C, de préférence supérieure à 600°C, par exemple une température d'environ 700°C.
Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel, à l'étape a), la couche (10) en le premier matériau est formée par dépôt chimique en phase vapeur à basse pression, LPCVD.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit au moins un guide d'onde (20) en le premier matériau est configuré pour propager un signal optique de longueur d'onde comprise entre 1500 et 1600 nm, de préférence égale à 1550 nm.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre, après l'étape e), une étape consistant à définir au moins un guide d'onde (52) en silicium dans la couche (40) en silicium monocristallin.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant en outre, après l'étape e), une étape consistant à former au moins une photodiode en germanium (50-1) à partir de la couche (40) en silicium monocristallin.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre, après l'étape e), une étape consistant à former une structure d'interconnexion (54) reposant sur la couche (40) en silicium monocristallin.
Procédé selon la revendication 7, comprenant en outre, lors de la formation de la structure d'interconnexion (54), une étape de formation d'un autre guide d'onde (60), de préférence en le premier matériau, noyé dans une couche isolante (542), de préférence en le deuxième matériau, de la structure d'interconnexion (54).
Dispositif comprenant :
un support (14) ;
une couche isolante (32) reposant sur le support (14) ;
une couche (40) en silicium monocristallin reposant sur la couche isolante (32) ; et
au moins un guide d'onde (20) en un premier matériau noyé dans la couche isolante (32), la couche isolante étant en un deuxième matériau.
Dispositif selon la revendication 9, dans lequel une structure de type silicium sur isolant comprend la couche isolante (32) et la couche (40) en silicium monocristallin.
Dispositif selon la revendication 9 ou 10, dans lequel au moins un guide d'onde (52) en silicium est défini dans la couche (40) en silicium monocristallin.
Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, dans lequel au moins une photodiode en germanium (50-1) est disposée dans et/ou sur la couche (40) en silicium monocristallin.
Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, comprenant en outre une structure d'interconnexion (54) reposant sur la couche (40) en silicium monocristallin.
Dispositif selon la revendication 13, comprenant en outre un autre guide d'onde (60), de préférence en le premier matériau, noyé dans une couche isolante (542), de préférence en le deuxième matériau, de la structure d'interconnexion (54).
Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, dans lequel le premier matériau est du nitrure de silicium, le deuxième matériau étant de préférence de l'oxyde de silicium.