KR102400766B1 - 포토닉 디바이스용 원형 격자 구조체 - Google Patents

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Abstract

집적 회로는 광 검출기를 포함한다. 광 검출기는 반도체 기판의 환형 트렌치에 위치하는 원형 광학 격자를 포함한다. 원형 광학 격자는 환형 트렌치에 위치하는 유전체 핀들 및 감광성 핀들을 포함한다. 원형 광학 격자는 입사광을 수신하고, 광이 감광성 핀들 중 하나에 흡수될 때까지 유전체 핀들 및 감광성 핀들을 통해 환형 트렌치 주위로 입사광을 지향시키도록 구성된다.

Description

포토닉 디바이스용 원형 격자 구조체{CIRCULAR GRATING STRUCTURE FOR PHOTONIC DEVICE}
본 개시는 집적 회로 포토닉스 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 집적 회로 내의 광 검출기에 관한 것이다.
많은 포토닉 집적 회로는 광 검출기를 포함한다. 광 검출기는 광을 검출하고 그 광을 나타내는 전기 신호를 생성한다. 광 검출기가 입사광을 흡수하지 않으면, 광이 광 검출기상에 입사되더라도 광 검출기는 전기 신호를 생성하지 않을 것이다. 이것은 광 검출기의 감도 부족을 나타낸다.
집적 회로는 광 검출기를 포함한다. 광 검출기는 반도체 기판의 환형 트렌치에 위치하는 원형 광학 격자를 포함한다. 원형 광학 격자는 환형 트렌치에 위치하는 유전체 핀들 및 감광성 핀들을 포함한다. 원형 광학 격자는 입사광을 수신하고, 광이 감광성 핀들 중 하나에 흡수될 때까지 유전체 핀들 및 감광성 핀들을 통해 환형 트렌치 주위로 입사광을 지향시키도록 구성된다.
도 1은 일 실시예에 따른 집적 회로의 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른, 중간 제조 단계에서의 집적 회로의 단면도이다.
도 3a는 일 실시예에 따른, 중간 제조 단계에서의 집적 회로의 단면도이다.
도 3b는 일 실시예에 따른 도 3a의 집적 회로의 평면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른, 중간 제조 단계에서의 집적 회로의 단면도이다.
도 5a는 일 실시예에 따른, 중간 제조 단계에서의 집적 회로의 단면도이다.
도 5b는 일 실시예에 따른 도 5a의 집적 회로의 평면도이다.
도 5c는 일 실시예에 따른, 단면 선(5C)을 따라 취해진 도 5b의 집적 회로의 일부의 단면도이다.
도 6a는 일 실시예에 따른, 중간 제조 단계에서의 집적 회로의 단면도이다.
도 6b는 일 실시예에 따른 도 6a의 집적 회로의 평면도이다.
도 6c는 일 실시예에 따른, 단면 선(6C)을 따라 취해진 도 6b의 집적 회로의 일부의 단면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른, 중간 제조 단계에서의 집적 회로의 단면도이다.
도 8a는 일 실시예에 따른, 중간 제조 단계에서의 집적 회로의 단면도이다.
도 8b는 일 실시예에 따른 도 8a의 집적 회로의 평면도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 집적 회로의 단면도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 집적 회로를 형성하기 위한 방법의 순서도다.
이하의 설명에서, 집적 회로 내의 다양한 층 및 구조체에 있어서 많은 두께 및 물질이 설명된다. 다양한 실시예에 대한 예로서 구체적인 치수 및 물질이 주어진다. 본 개시에 비추어, 당업자는 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 많은 경우에 다른 치수 및 물질이 사용될 수 있음을 인식할 것이다.
이하의 개시는 본 개시의 다양한 피처물을 구현하기 위한 많은 다양한 실시예 또는 예를 제공한다. 본 개시를 간단히 하도록, 구성 요소 및 배치에 있어서 특정 예가 이하에 설명된다. 물론, 이는 단지 예일 뿐이며, 한정하려는 의도가 아니다. 예를 들어, 이하의 설명에서 제2 피처물 위의 또는 그 상의 제1 피처물의 형성은, 제1 및 제2 피처물이 직접 접촉하여 형성되는 실시예를 포함할 수도 있고, 또한 부가적인 피처물이 제1 및 제2 피처물들 사이에 형성되어 제1 및 제2 피처물이 직접 접촉하지 않는 실시예를 포함할 수도 있다. 또한, 본 개시는 다양한 예에서 참조 번호 및/또는 문자를 반복할 수 있다. 이러한 반복은 간결성 및 명료성을 위한 것이며, 논의되는 다양한 실시예 및/또는 구성물 간의 관계를 그 자체로 나타내지 않는다.
또한, "하에(beneath)", "아래에(below)", "하부의(lower)", "위에(above)", "상부의(upper)" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어가, 도면에 도시된 하나의 요소 또는 피처물과 다른 요소(들) 또는 피처물(들) 간의 관계를 설명하는 데 있어서, 설명의 편의를 위해 이용될 수도 있다. 공간적으로 상대적인 용어는, 도면에 나타난 방향 외에도, 이용 또는 작동 중인 디바이스의 다른 방향을 망라한다. 장치는 다른 방향으로(90도 회전되거나 다른 방향으로 회전되어) 배치될 수 있고, 본 개시에서 이용된 공간적으로 상대적인 서술어는 이에 따라 마찬가지로 해석될 수 있다.
이하의 설명에서, 본 개시의 다양한 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 특정 세부 사항이 설명된다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 특정 세부 사항 없이도 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 다른 예에서, 본 개시의 실시예의 설명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하도록, 전자 구성 요소 및 제조 기술과 관련된 공지된 구조체는 상세하게 설명되지 않았다.
문맥이 달리 요구하지 않는 한, 다음의 명세서 및 청구 범위 전체에서, “포함하다(comprises)” 및 “포함하는(comprising)”과 같은 단어 “포함하다”와 그 변형은 “포함하지만 이에 국한되지는 않는다”와 같이 개방적이고 포괄적인 의미로 해석되어야 한다.
제1, 제2 및 제3과 같은 서수의 사용은 반드시 순위가 매겨진 순서를 암시하는 것이 아니라, 동작 또는 구조체의 다수의 인스턴스 간에 구별하기만 할 수 있다.
본 명세서 전체에서 “일 실시예” 또는 “실시예”에 대한 언급은 실시예와 관련하여 설명된 특정 피처물, 구조체 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체의 여러 곳에서 “일 실시예에서” 또는 “실시예에서”라는 문구가 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 특정 피처물, 구조체 또는 특성은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다
본 명세서 및 첨부된 청구 범위에서 사용되는 단수 형태 “a”, “an” 및 “the”는 내용이 명확하게 달리 지시되지 않는 한 복수의 지시 대상을 포함한다. 또한, 용어 “또는”은 내용이 명확하게 달리 지시하지 않는 한 “및/또는”을 포함하는 의미로 일반적으로 사용된다는 점에 유의해야 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 포토닉 시스템의 블록도이다. 포토닉 시스템(100)은 집적 회로(101) 및 광원(111)을 포함한다. 광원(111)은 광(114)을 출력한다. 집적 회로(101)는 광(114)을 검출하고 광(114)에 기초하여 신호들을 생성한다.
일 실시예에서, 집적 회로(101)는 광 검출기(102) 및 제어 회로(112)를 포함한다. 광 검출기(102)는 반도체 기판(104)을 포함한다. 본 실시예에서, 원형 광학 격자(106)가 반도체 기판(104)에 형성된다. 원형 광학 격자(106)는 유전체핀들(108) 및 감광성 핀들(110)을 포함한다.
집적 회로(101)는 도 1에 상세히 도시되지 않은 다양한 층 및 구조체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 집적 회로(101)는 다양한 층의 반도체 물질, 다양한 층의 유전체 물질 및 다양한 금속 상호 연결 구조체를 포함할 수 있다. 집적 회로(101)는 복잡한 배열로 함께 커플링된 트랜지스터들을 포함할 수 있다.
집적 회로(101)의 광 검출기(102)는 광 검출기(102)상에 입사하는 광(114)을 검출하도록 구성된다. 예를 들어, 광(114)은 집적 회로(102)의 다양한 투명 물질층을 통해 광 검출기(102)상에 입사될 수 있다. 광 검출기(102)는 광(114)을 검출한다.
제어 회로(112)는 광 검출기(102)에 커플링된다. 제어 회로(112)는 광 검출에 응답하여 생성된 전기 신호들을 포함하는 신호들을 광 검출기(102)로부터 수신할 수 있다. 제어 회로(112)는 전기 신호들을 처리하고, 광 검출기(102)에 의해 검출된 광(114)의 하나 이상의 파라미터를 나타내는 데이터 또는 다른 신호들을 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 제어 회로(112)는 집적 회로(101)에 형성된 복수의 트랜지스터를 포함한다. 트랜지스터들은, 광 검출기(102)를 작동시키고 광 검출기(102)로부터 수신된 신호들을 처리하는 데 참여할 수 있다. 또한, 트랜지스터들은, 메모리로부터 데이터를 판독하는 기능, 메모리에 데이터를 기록하는 기능, 데이터를 처리하는 기능, 데이터를 출력하는 기능 및 통신을 제어하는 기능을 포함하는 집적 회로(101)의 기능과 관련된 다른 공정에 참여할 수 있다.
일 실시예에서, 제어 회로(112)는 광 검출기(102)에 전압들을 인가할 수 있다. 제어 회로(112)는, 광 검출기(102)에 의해 광이 수신되면, 제어 회로(112)에 의해 판독될 수 있는 전기 신호들이 생성되는 것을 보장하도록 광 검출기를 바이어싱할 수 있다. 따라서, 제어 회로(112)는, 광 검출기(102)에 전압들을 인가할 수 있고 광 검출기(102)로부터 신호들을 수신할 수 있도록 하는 금속 상호 연결선들, 금속 플러그들, 및 전도성 접촉부들에 의해 광 검출기(102)에 커플링될 수 있다.
일 실시예에서, 광 검출기(102)는 광(114)을 흡수함으로써 작동한다. 보다 구체적으로, 광(114)은 광 검출기(102)에 의해 흡수될 수 있는 광자(photon)들로 이루어진다. 광 검출기(102)가 광자들을 흡수할 때, 광자들의 흡수에 응답하여 전기 신호가 생성된다. 따라서, 광자들의 흡수에 응답하여 광 검출기(102)에 의해 생성된 전기 신호들에 의해 광(114)의 특성, 또는 단지 광(114)의 존재가 표시된다.
광이 제1 물질을 통해 진행하고 제1 물질과 제2 물질 사이의 경계상에 입사하는 경우, 광은 경계에서 반사되거나 경계를 통해 제2 물질로 투과될 수 있다. 두 물질 사이의 경계에서 광의 반사 또는 투과는 두 물질의 특성과 광의 특성을 기반으로 한다. 두 물질의 관련 특성은 투과 및 반사 계수를 포함할 수 있다. 광의 관련 특성은 광의 파장 및 광이 경계상에 입사되는 각도를 포함할 수 있다.
광이 물질을 통과할 때 광의 일부가 물질에 흡수될 수 있다. 물질에 의해 흡수될 광량은 물질의 흡수 계수 및 광이 물질을 통과하는 경로의 길이에 부분적으로 기초한다. 흡수 계수가 높을수록 흡수율이 높아진다. 마찬가지로, 물질을 통한 진행 경로가 길수록 물질에서 더 높은 흡수율을 초래한다. 또한, 물질의 흡수 계수는 광의 파장에 따라 다르다. 물질은 일부 파장의 광을 다른 파장의 광보다 더 쉽게 흡수할 수 있다.
물질을 통과하는 개별 광자는 물질에 흡수될 가능성이 있다. 흡수 가능성은 광자의 파장, 그 파장에 있어서의 물질의 흡수 계수, 및 광자가 물질을 통과하는 경로의 길이에 따라 달라진다. 이들 모든 요소는 광 검출기(102)가 광을 검출하는 방식과 관련된다.
광 검출기(102)는 감광성 핀들(110)을 이용하여 광을 흡수하고 이에 의해 광을 검출한다. 감광성 핀들(110)은 감광성 물질로 이루어진다. 감광성 물질은 선택된 범위의 광 파장에 대해 비교적 높은 흡수 계수를 갖는 물질이다. 선택된 범위는 가시광의 특정 색상에 상응할 수 있다. 선택된 범위는 광 통신과 관련된 파장 범위에 상응할 수 있다. 가시광 및 광 통신과 관련된 파장을 갖는 광은 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 광 검출기가 검출할 수 있는 광의 예이다. 본 개시의 실시예는 가시광 또는 광 통신과 관련된 파장을 갖는 광을 검출하는 광 검출기로 제한되지 않는다. 본 개시에 따른 실시예는 가시광 또는 광 통신과 관련된 파장을 갖는 광 이외의 광을 검출할 수 있는 광 검출기를 포함한다.
집적 회로(101)는, 광(114)이 원형 광학 격자(106)에 도달하기 전에 흡수되거나 반사되지 않고, 다양한 층을 통과하여 원형 광학 격자(106)로 진행하도록 구성된다. 따라서, 집적 회로(101)는 낮은 흡수 계수 및 반사 계수를 갖는 다수의 투명층을 포함하여, 이에 의해 광(114)이 집적 회로(101)의 투명 층을 통과하여 원형 광학 격자로 진행할 수 있도록 한다.
일 실시예에서, 원형 광학 격자(106)는 반도체 기판(104)에 형성된 환형 트렌치를 포함한다. 유전체 핀들(108) 및 감광성 핀들(110)은 각각 트렌치의 내벽과 트렌치의 외벽 사이에서 연장된다. 유전체 핀들(108) 및 감광성 핀들(110)은, 각각의 감광성 핀(110)이 두 개의 유전체 핀들(108) 사이에 위치되도록 교번하는 순서로 위치한다. 이에 상응하여, 각각의 유전체 핀(108)은 두 개의 감광성 핀들(110) 사이에 위치한다.
광 검출기(102)는 원형 광학 격자(106)를 이용하여 광 검출기(102)의 감도를 향상시킨다. 원형 광학 격자는, 감광성 물질을 통해 개별 광자가 택하는 경로의 길이를 증가시킴으로써 광 검출기(102)의 감도를 향상시킨다. 특히, 원형 광학 격자(106)는, 수직에 대한 선택된 각도에 있는 입사광을 수신하고, 선택된 각도로부터 실질적으로 수평 각도로 광을 재지향시키고(redirect), 이어서 광(114)이 감광성 핀들(110) 중 하나에 흡수될 때까지 원형 광학 격자 주위를 돌도록 구성된다. 따라서, 원형 광학 격자(106)는 광(114)이 무기한으로 원형 광학 격자(106) 주위를 돌도록 구성된다.
개별 광자가 감광성 핀들(110) 중 하나를 통과하는 횟수가 많을수록, 광자가 감광성 핀들 중 하나에 흡수될 가능성이 더 크다. 원형 광학 격자(106)는 광이 원형 광학 격자(106)를 통해 실질적으로 원형 경로로 무기한 진행하도록 한다. 광이 원형 광학 격자(106) 주위를 돌기 때문에, 광은 감광성 핀들(110)과 지속적으로 만나게 된다. 따라서, 원형 광학 격자(106)는 감광성 물질을 통한 광자들의 진행 길이를 효과적으로 증가시킨다. 감광성 물질 내의 경로가 길수록, 광자가 감광성 물질에 의해 흡수될 가능성이 높아진다. 따라서, 감광성 물질 내의 더 긴 경로는 광 검출기(102)의 감도를 효과적으로 증가시킨다.
일 실시예에서, 원형 광학 격자(106)는 원형 광학 격자(106) 내에 렌즈 효과를 구현함으로써, 광자가 흡수될 때까지 원형 광학 격자(106) 내에 머무르도록 광자를 지향시키는 것을 돕는다. 특히, 유전체 핀들(108) 및 감광성 핀들(110)이 원형 광학 격자에 렌즈들로서 형성된다. 각각의 핀이 트렌치의 내부 측벽과 외부 측벽 사이에서 연장될 때, 각각의 핀은 선택된 곡률을 갖는다. 핀들의 곡률은 렌즈 효과를 갖는다. 핀들의 누적 렌즈 효과(cumulative lensing effect)는 광이 트렌치를 통과하는 원형 경로를 따르도록 광을 지향시킨다. 이러한 렌즈 효과의 결과로, 광이 감광성 핀들(110) 중 하나에 의해 최종적으로 흡수될 때까지 무기한 원을 그리며 진행하는 경향을 갖는다.
일 실시예에서, 원형 광학 격자(106)는 내부 전반사 원리에 기초하여 원형 광학 격자(106) 내에 광을 국한시키는(confine) 것을 돕는다. 제1 굴절률(n1)을 갖는 제1 물질을 통해 진행하는 광이 제1 물질과 제1 물질의 굴절률(n1)보다 낮은 제2 굴절률(n2)을 갖는 제2 물질 사이의 경계를 만나면 내부 전반사가 발생한다. 경계상의 광의 입사각이 임계각(θC)보다 크면, 내부 전반사가 발생하고 광은 경계를 통해 제2 물질로 투과되지 않고 경계에서 반사될 것이다. 임계각(θC)의 값은 다음 관계에 의해 주어진다:
θC = arcsin(n2/n1),
여기서 n2 < n1이다. 트렌치의 내부 및 외부 측벽은 유전체 물질로 덮인다. 감광성 핀들(110)의 감광성 물질 및 유전체 물질은, 감광성 물질이 유전체 물질의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖도록 선택된다. 따라서, 트렌치의 내부 또는 외부 측벽에서 유전체 물질과 감광성 핀들(110) 사이의 경계상에 광이 입사될 때, 내부 전반사가 발생할 수 있고 광은 원형 광학 격자(106) 내에서 지속될 수 있다.
일 실시예에서, 광 검출기(102)는 광 다이오드를 포함한다. 광 다이오드는 반도체 물질의 다중 영역들을 포함한다. 예를 들어, 감광성 핀들(110)의 감광성 물질은, P-형 또는 N-형의 제1 도펀트 유형으로 도핑된 단결정 반도체 물질을 포함할 수 있다. 반도체 기판(104)은, 제1 도펀트 유형에 상보적인 제2 도펀트 유형으로 도핑된 단결정 반도체 물질을 포함할 수 있다. 감광성 물질(106) 및 반도체 기판(104)은 P-N 접합을 형성한다. 광자가 감광성 핀들 중 하나의 감광성 물질에 의해 흡수될 때, 전자는 광자의 파장에 상응하는 에너지를 수신하고 가전자대로부터 전도대로 이동한다. 제어 회로(112)가 감광성 핀들(110) 및 반도체 기판(104)을 바이어싱하여, 전도대 내의 전자가 제어 회로(112)에 의해 검출되는 전류로서 흐르도록 한다. 따라서, 제어 회로(112)는, 광의 흡수에 의해 가전자대에서 전도대로 전이되는 전자들에 의해 형성되는 전류로서 광(114)의 밝기 또는 세기를 검출한다. 광 다이오드는, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고, 전술한 것 이외의 P 및 N 반도체 영역들의 다른 구성을 포함할 수 있다. 또한, 광 다이오드는 진성 반도체 영역에 의해 분리되는 P 및 N 영역들을 포함할 수 있다. 진성 반도체 영역은 실질적으로 도펀트를 포함하지 않는 반도체 영역에 상응할 수 있다.
일 실시예에서, 광 검출기(102)는 광 다이오드 이외의 광 검출기일 수 있다. 감광성 핀들(110)에 의한 광의 흡수를 이용하여 광 검출기의 많은 가능한 구성들이 이용 가능하다. 본 명세서에 기술된 바와 같은 감광성 핀들(110) 내의 광의 경로 길이를 증가시키기 위해 원형 광학 격자(106)를 이용하는 원리는, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고, 이들 다른 유형의 광 검출기에서 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 감광성 핀들(110)의 감광성 물질은 게르마늄을 포함하고, 유전체 핀들(108)의 유전체 물질은 실리콘 이산화물을 포함하고, 트렌치의 측벽들을 덮는 유전체 물질은 실리콘 이산화물을 포함한다. 게르마늄은 400 nm 내지 1700 nm의 광 파장에 대해 비교적 높은 흡수 계수를 갖는다. 또한, 게르마늄은 4의 비교적 높은 굴절률을 갖는다. 실리콘 이산화물은 1.46의 굴절률을 갖는다. 이러한 물질들의 조합은 다음의 임계각을 초래한다:
θC = arcsin(1.46/4) = 21.4°.
따라서, 감광성 물질과 측벽들을 덮는 유전체 물질 사이에서 21.4°보다 큰 광의 입사각은 내부 전반사를 초래할 것이다.
감광성 물질은 게르마늄 이외의 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 감광성 물질은 실리콘, 실리콘 게르마늄, 인듐 갈륨 비화물, 납 황화물, 수은 카드뮴 텔루르화물 또는 다른 감광성 물질을 포함할 수 있다. 본 개시에 비추어, 당업자는, 감광성 물질이, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고, 전술한 것 이외의 물질을 포함할 수 있음을 인식할 것이다. 감광성 물질은 하나 이상의 P 도핑 영역을 포함할 수 있다. 감광성 물질은 하나 이상의 N 도핑 영역을 포함할 수 있다. 감광성 물질은 P 도핑 영역 및 N 도핑 영역 모두를 포함할 수 있다
유전체 핀들(108)은 실리콘 이산화물 이외의 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유전체 핀들(108)은 실리콘 질화물, 탄소 도핑된 실리콘 산화물 또는 다른 유전체 물질을 포함할 수 있다. 많은 종류의 유전체 물질이, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고, 유전체 핀들(108)을 위해 이용될 수 있다.
트렌치의 측벽들을 덮는 유전체 물질층은 실리콘 이산화물 이외의 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유전체 물질은 실리콘 질화물, 탄소 도핑된 실리콘 산화물 또는 다른 유전체 물질을 포함할 수 있다. 많은 종류의 유전체 물질이, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고, 트렌치의 측벽들을 덮는 데 이용될 수 있다.
반도체 기판(104)은 실리콘, 게르마늄, 실리콘 게르마늄, 실리콘 탄화물, 갈륨 비화물, 인듐 비화물, 인듐 인화물, 실리콘 게르마늄 탄화물, 갈륨 비소 인화물 또는 갈륨 인듐 인화물을 포함하는 반도체 물질의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 다른 반도체도, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고, 반도체 기판(104)에 사용될 수 있다.
집적 회로(101)는 제2 집적 회로에 본딩될 수 있다. 집적 회로(101)는 광 검출기(102)에 의해 생성된 전자 신호들을 제2 집적 회로에 포함된 회로로 전달할 수 있다. 제2 집적 회로는 전기 신호들을 처리하기 위한 처리 회로를 포함할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른, 중간 처리 단계에서 집적 회로(101)의 일부의 단면도이다. 특히, 도 2의 도면은 집적 회로(101) 내에 광 검출기(102)를 형성하기 위한 공정의 일부를 도시한다. 도 2에 도시된 단계에서, 집적 회로(101)의 도시된 부분은 반도체 기판(104) 및 유전체 물질층(118)을 포함한다.
반도체 기판(104)은 하나 이상의 반도체 물질층을 포함할 수 있다. 반도체 물질은 실리콘, 게르마늄, 실리콘 게르마늄, 실리콘 탄화물, 갈륨 비화물, 인듐 비화물, 인듐 인화물, 실리콘 게르마늄 탄화물, 갈륨 비소 인화물 또는 갈륨 인듐 인화물을 포함할 수 있다. 다른 반도체 물질도, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고, 반도체 기판(104)을 위해 사용될 수 있다. 반도체 기판(104)은 단결정 반도체 물질 또는 단결정 반도체 물질의 다층을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 유전체 물질층(118)은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물 또는 다른 유전체 물질을 포함할 수 있다. 유전체 물질층(118)은 두께가 1 μm 내지 100 μm이다. 유전체 물질층(118)은, 화학적 기상 증착, 물리적 기상 증착, 플라즈마 강화 화학적 기상 증착, 원자층 증착 또는 다른 유형의 증착 공정을 포함하는 하나 이상의 박막 증착 공정에 의해 퇴적될 수 있다. 유전체 물질층(118)은, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고, 전술한 것 이외의 다른 물질, 두께 및 퇴적 공정을 포함할 수 있다.
도 3a는 일 실시예에 따른, 중간 처리 단계에서 집적 회로(101)의 일부의 단면도이다. 도 3a에서, 트렌치(120)가 반도체 기판(104)에서 개방(open)되었다. 트렌치(120)는 하단 표면(122), 외부 측벽(124) 및 내부 측벽(125)을 규정한다. 일부 실시예에서, 트렌치(120)는 최대 700 μm의 깊이를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 트렌치(120)는 최대 700 μm의 폭을 가질 수 있다. 트렌치(120)는, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고, 전술한 것과 다른 깊이 및 폭 치수를 가질 수 있다.
트렌치(120)는 실질적으로 직사각형 단면을 갖는 환형 또는 원형 트렌치이다. 트렌치(120)는 반도체 기판(104)에서 완전한 원을 만든다. 이것은 도 3b의 평면도에 보다 명확하게 도시되어 있다. 트렌치의 외부 측벽의 반경은 100 μm 내지 2 mm이다. 내부 측벽(125)의 반경은 10 μm 내지 1 mm이다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 다른 치수가 트렌치(120)에 이용될 수 있다. 환형 트렌치(120)의 하나의 목적은, 광(114)이 감광성 물질에 의해 흡수될 때까지 환형 트렌치 주위를 돌게 하는 광학 격자를 형성하는 것이다. 따라서, 트렌치의 치수는 입사광(114)의 예상 파장 및 유전체 핀들과 감광성 핀들의 렌즈 효과에 기초하여 선택될 수 있으며, 이는 이하에서 보다 상세히 설명될 것이다.
일 실시예에서, 트렌치(120)는 포토 리소그래피 기술을 이용하여 형성된다.포토 리소그래피 기술은, 유전체 물질층(118) 상에 포토 레지스트를 퇴적하는 단계, 포토 리소그래피 마스크를 통해 포토 레지스트를 노광하는 단계, 마스크에 의해 규정된 환형 패턴에 따라 포토 레지스트의 부분들을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
포토 레지스트가 패터닝된 후에, 집적 회로(101)는 에칭 공정에 노출된다. 에칭 공정은 유전체 물질층(118)의 노출된 부분들을 먼저 에칭한다. 유전체 물질층(118)은 하나 이상의 습식 에칭, 건식 에칭, 또는 다른 유형의 에칭 공정을 사용하여 에칭될 수 있다. 유전체 물질층(118)을 에칭하는 동일한 에칭 공정 동안 반도체 기판(104)이 에칭될 수 있다. 대안적으로, 반도체 기판(104)은, 유전체 물질층(118)의 노출된 부분이 에칭된 후에 별도의 에칭 공정을 사용하여 에칭될 수 있다.
유전체 물질층(118) 및 반도체 기판(104)의 노출된 부분들상에 하나 이상의 에칭 공정이 수행된 후에, 트렌치(120)가 형성된다. 트렌치(120)는 외부 측벽(124), 내부 측벽(125) 및 하단 표면(122)을 포함한다.
도 3b는 일 실시예에 따른 도 3a의 집적 회로(101)의 평면도이다. 트렌치(120)는 환형 또는 원형 형상을 갖는다. 유전체 물질층(118)은 트렌치(118) 외부의 반도체 기판(104)의 표면을 덮는다.
도 4는 일 실시예에 따른, 중간 처리 단계에서 집적 회로(101)의 일부의 단면도이다. 도 4에서, 유전체 물질층(127)은 트렌치(120) 내의 유전체 물질층(118) 상에 그리고 반도체 기판(104) 상에 퇴적된다. 유전체 물질층은, 유전체 물질층(118)의 상단으로부터 유전체 물질(127)을 제거하는 평탄화 공정을 거친다. 유전체 물질층(127)은 실리콘 이산화물, 실리콘 질화물 또는 다른 유전체 물질을 포함할 수 있다. 유전체 물질층(127)은 화학적 기상 증착, 물리적 기상 증착, 플라즈마 강화 화학적 기상 증착, 원자층 퇴적 또는 다른 박막 증착 기술 중 하나 이상을 포함하는 박막 증착 공정에 의해 퇴적될 수 있다. 전술한 것 이외의 다른 유전체 물질 및 퇴적 공정이, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고, 유전체 물질층(127)에 이용될 수 있다.
도 5a는 일 실시예에 따른, 중간 처리 단계에서 집적 회로(101)의 일부의 단면도이다. 도 5b는 도 5a의 집적 회로(101)의 평면도이다. 도 5a 및 5b에서, 유전체 물질층(127)이 패터닝되고 에칭되어, 하나 이상의 에칭 공정 후에 트렌치(120)의 외부 측벽(124) 및 내부 측벽(125) 상에 유전체 측벽 코팅(130)을 남긴다. 또한, 에칭 공정은 트렌치(120)의 하단 표면(122)으로부터 연장되는 복수의 유전체 핀들(108)(도 5b 및 5c 참조)을 남긴다. 유전체 측벽 코팅(130) 및 유전체 핀들(108)은 유전체 물질층(127)의 남은 부분들이다.
유전체 핀들(108) 및 유전체 측벽 코팅(130)은, 부분적으로, 포토 리소그래피 기술을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 포토 리소그래피 기술은, 유전체 물질층(127) 상에 포토 레지스트를 퇴적하는 단계, 포토 리소그래피 마스크를 통해 포토 레지스트를 노광하는 단계, 및 마스크에 의해 규정된 패턴에 따라 포토 레지스트의 부분들을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
포토 레지스트가 패터닝된 후에, 유전체 물질층(127)의 노출된 부분들이 이방성 에칭 공정을 거친다. 이방성 에칭 공정은 하향 방향으로 선택적으로 에칭한다. 이것은, 이방성 에칭 공정이 유전체 물질층(127)을 하향 방향으로는 에칭하지만 다른 방향으로는 에칭하지 않음을 의미한다. 보다 구체적으로, 이방성 에칭은 다른 방향보다 하향으로 훨씬 더 빠르게 유전체 물질층을 에칭한다.
일 실시예에서, 유전체 핀들(108)은, 도 5b의 평면도에서 볼 때 만곡된 형상을 갖는다. 특히, 유전체 핀들(108)은 렌즈 형상으로 만곡된다. 유전체 핀들(108)의 만곡된 렌즈 형상들은, 환형 트렌치(120) 주위의 원형 경로로 입사광(114)을 연속적으로 포커싱하기 위해 선택된다.
또한, 에칭 공정은 유전체 핀들(108) 사이의 갭들(131)을 규정한다. 갭들(131)은 렌즈의 만곡된 형상을 갖는다. 유전체 핀들(108)의 각 쌍은 갭(131)에 의해 분리된다.
도 5a의 단면도는 트렌치(120)의 갭(131)을 통과한다. 그러나, 실제로, 유전체 핀들(108) 및 갭들(131)의 만곡된 형상으로 인해, 환형 트렌치(120)의 중심을 통한 직선 단면은 유전체 핀들(108) 및 갭들(131) 모두의 부분들을 통과할 것이다. 간결성을 위해, 도 5a는 환형 트렌치(120)의 양측의 갭들(131)만을 통과하는 선상에서 취한 것과 같은 단면을 도시한다.
도 5c는 일 실시예에 따른, 도 5a에 도시된 선(5C)을 따라 트렌치(120)의 일부를 통한 단면도이다. 선(5C)은 다수의 유전체 핀들(108) 및 핀들 사이의 갭들(131)을 통과한다.
일 실시예에서, 유전체 핀들(108)은 각각 1 nm 내지 100 nm의 폭을 갖는다. 갭들(131)은 유전체 핀들(108)과 동일한 폭을 가질 수 있다. 대안적으로, 갭들(131)과 유전체 핀들(108)은 상이한 폭을 가질 수 있다.
도 6a는 일 실시예에 따른, 중간 처리 단계에서의 집적 회로(101)의 단면도이다. 도 6b는 일 실시예에 따른 도 6a의 집적 회로(101)의 평면도이다. 도 6a 및 6b에서, 감광성 핀들(110)은, 유전체 핀들(108) 사이의 갭들(131)에서 트렌치(120)에 형성되어 있다. 유전체 핀들(108) 및 감광성 핀들(110)의 높이를 균일하게 하도록 평탄화 공정이 수행될 수 있다.
감광성 핀들(110)은, 도 6b의 평면도에서 볼 때, 만곡되고 렌즈 형상을 갖는다. 감광성 핀들(110) 및 유전체 핀들(108)의 렌즈 형상들은, 광(114)이 환형 트렌치(120) 주위의 원형 경로로 진행하도록 선택된다. 도 5a-5c와 관련하여 전술한 바와 같이, 감광성 핀들(110)은 유전체 핀들(108) 사이의 갭들(131)의 폭들에 상응하는 폭들을 갖는다.
도 1과 관련하여 전술한 바와 같이, 감광성 물질은 선택된 범위의 광 파장에 대해 비교적 높은 흡수 계수를 갖는 물질이다. 또한, 감광성 물질(106)은 유전체 핀들(108) 및 유전체 측벽 코팅(130)의 유전체 물질과 비교하여 비교적 높은 굴절률을 갖는 물질이다.
일 실시예에서, 감광성 핀들(110)의 감광성 물질은, 게르마늄, 실리콘, 실리콘 게르마늄, 인듐 갈륨 비화물, 납 황화물, 수은 카드뮴 텔루르화물 또는 다른 감광성 물질 중 하나 이상을 포함한다. 본 개시에 비추어, 당업자는, 감광성 물질이 본 개시의 범위를 벗어나지 않고, 상기 기재된 것 이외의 물질을 포함할 수 있음을 인식할 것이다.
일 실시예에서, 감광성 핀들(110)은 반도체 기판(104)과 함께 광 다이오드를 집합적으로 형성한다. 따라서, 감광성 핀들(110)의 감광성 물질은 단결정 반도체 구조체를 포함할 수 있다. 감광성 핀들(110)은, 광 다이오드로서 기능하기 위한 하나 이상의 도핑 영역을 각각 포함할 수 있다. 감광성 핀들(110)은 하나 이상의 P 도핑 영역을 각각 포함할 수 있다. 감광성 핀들(110)은 하나 이상의 N 도핑 영역을 각각 포함할 수 있다. 감광성 핀들(110)은 P 도핑 영역 및 N 도핑 영역 모두를 각각 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 감광성 핀들은 에피택셜 성장을 통해 트렌치(120)에 퇴적된다. 감광성 핀들(110)은 반도체 기판(104)으로부터 에피택셜 성장될 수 있다. 특히, 감광성 핀들(110)은 환형 트렌치(120)의 하단 표면(122)으로부터 에피택셜 성장될 수 있다. 반도체 기판(104)의 결정 구조체는, 감광성 핀들(110)의 결정 구조체를 성장시키는 시드로서 작용한다.
에피택셜 성장은 하나 이상의 단계에서 발생할 수 있다. 감광성 핀들(110)이 도핑될 경우, 도핑은 감광성 핀들(110)의 에피택셜 성장 동안 인 시튜(in situ)로 발생할 수 있다. 감광성 핀들(110)이 서로 다르게 도핑된 다수의 영역을 포함할 경우, 에피택셜 성장 공정의 연속적인 단계 동안 도핑이 인 시튜 발생할 수 있다. 감광성 핀들(110)은 비교적 도핑이 적게 되거나 도핑되지 않은 진성 영역들을 각각 포함할 수 있다. 다양한 영역에서 도핑 프로파일 및 도핑 또는 부족 도핑의 유형은, 반도체 기판(104)과 함께 광 검출기(102)의 설계에 따라 선택된다.
환형 트렌치(120), 감광성 핀들(110) 및 유전체 핀들(108)은 집합적으로 원형 광학 격자(106)를 형성한다. 원형 광학 격자(106)는, 수직에 대한 45° 내지 90°의 각도로 입사하는 광(114)을 원형 광학 격자(106)를 통해 실질적으로 수평 방향으로 진행하게끔 재지향시키도록 구성된다. 하나의 예시적인 실시예에서, 광(114)은, 광원(111), 예컨대 광섬유 케이블로부터 원형 광학 격자(106)상에 수직에 대한 45° 내지 90°의 각도로 입사한다. 원형 광학 격자(106)는, 도 6c의 광(114)의 경로에 의해 표시된 바와 같이, 원형 광학 격자(106) 내에서 실질적으로 수평 궤적으로 광을 재지향시킨다. 렌즈 형상의 유전체 핀들(108) 및 감광성 핀들(110)의 렌즈 효과는, 광(114)이 감광성 핀들(110) 중 하나에 흡수될 때까지, 이제 실질적으로 수평인 광이 트렌치(120) 주위를 원을 그리며 돌게 한다. 광(114)의 원형 경로가 도 6b에 도시되어 있다. 광이 원형 광학 격자(106)를 통해 루프 모양으로 진행하기 때문에, 광은 감광성 핀들(110) 중 하나에 의해 결국 흡수될 가능성이 높고, 이에 의해 원형 광학 격자(106)를 포함하는 광 검출기(102)의 감도를 향상시킨다.
도 6c는 일 실시예에 따른, 도 6a에 도시된 선(6C)을 따라 트렌치(120)의 일부를 통한 단면도이다. 선(6C)은 다수의 유전체 핀들(108) 및 다수의 감광성 핀들(110)을 통과한다. 각각의 감광성 핀(110)은 두 개의 유전체 핀들(108) 사이에 위치한다. 각각의 유전체 핀(108)은 두 개의 감광성 핀들(110) 사이에 위치한다.
도 7은 일 실시예에 따른, 중간 처리 단계에서의 집적 회로(101)의 단면도이다. 도 7에서, 유전체 물질층(133)은 원형 광학 격자(106) 및 유전체 물질층(118) 위에 퇴적되었다. 유전체 물질층(133)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 다른 유전체 물질 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 따라서, 유전체 물질층(133)은 다른 유전체 물질의 층일 수 있다.
일 실시예에서, 유전체 물질층(133)은 유전체 핀들(108) 및 유전체 측벽 코팅(130)과 동일한 물질이다. 대안적으로, 유전체 물질층(133)은 유전체 핀들(108) 및 유전체 측벽 코팅(130)과 다른 물질일 수 있다. 유전체 물질층(133)은, 원형 광학 격자(106)상에 입사될 광(114)에 대해 투명하도록 선택된다. 유전체 물질층은 감광성 핀들의 굴절률과 동일하거나 상이한 굴절률을 가질 수 있다.
도 8a는 일 실시예에 따른, 중간 처리 단계에서의 집적 회로(101)의 단면도이다. 도 8b는 일 실시예에 따른 도 8a의 집적 회로(101)의 평면도이다. 도 8a 및 8b에서, 개구부가 유전체 물질층(133)에 에칭되고, 전극(136)이 개구부에 형성되었다.
전극(136)은, 금속 또는 폴리 실리콘과 같은 하나 이상의 전도성 물질을 포함한다. 전극(136)은 감광성 핀들(110) 각각과 접촉한다는 점에서 환형이다. 전극(136)은 감광성 핀들(110)에 바이어스 전압들을 인가할 수 있고/있거나 감광성 핀들(110)로부터의 신호들을 판독할 수 있다. 또한, 하나 이상의 전극이 반도체 기판과 접촉하여 반도체 기판(104)과 감광성 핀들(110) 사이에 바이어스 전압들을 인가할 수 있다. 감광성 핀들(110)과 접촉하는 전극(136)은, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고, 다른 형상, 위치 및 구성을 가질 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 집적 회로(101)의 단면도이다. 도 9는 반도체 기판(104) 상에 위치하는 원형 광학 격자(106)를 포함하는 광 검출기(102)를 도시한다. 간결성을 위해, 원형 광학 격자(106)의 유전체 핀들(108) 및 감광성 핀들(110)은 도 9에 도시되지 않았다. 반도체 기판(104)과 함께 복수의 트랜지스터(141)가 형성된다.
유전체 스택(138)이 유전체 물질층(133) 상에 형성된다. 집적 회로(101)는, 유전체 스택(144)에 걸쳐 위치하는 금속 상호 연결체들(142)을 포함한다. 집적 회로(101)는 하나 이상의 외부 연결 패드들(144)을 포함한다. 금속 상호 연결체들(142)은 트랜지스터들(141), 광 검출기(102), 접속 패드들(144) 및 집적 회로(101)에 포함될 수 있는 임의의 다른 회로 구성 요소들 사이의 연결을 가능하게 한다. 트랜지스터들(141)은, 도 1과 관련하여 설명한 제어 회로(112)를 포함할 수 있다. 금속 상호 연결체들(142)은, 광 검출기(102)로부터의 신호들의 판독뿐만 아니라, 광 검출기(102)로 바이어스 전압들을 인가하는 것을 가능하게 한다.
개구부(140)가 유전체 스택(133)에 형성된다. 광섬유 케이블과 같은 광원(111)은 개구부(140)로 광(114)을 출력한다. 광(114)은 원형 광학 격자(106)로 진행하고, 광(114)이 감광성 핀들(110) 중 하나에 흡수될 때까지 원형 광학 격자(106) 주위를 돌도록 재지향된다.
집적 회로(101)는 광원(111)으로부터의 광학 신호들을 전기 신호들로 변환하는 포토닉 집적 회로일 수 있다. 논리 집적 회로는 패드들(144)을 통해 집적 회로(101)에 커플링될 수 있다. 논리 집적 회로는 포토닉 집적 회로(101)에 의해 생성된 전기 신호들을 수신하고, 전기 신호들을 처리하여 그로부터 데이터를 추출할 수 있다. 이 경우에, 포토닉 집적 회로(101)는 트랜지스터들(141)을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 논리 집적 회로는 전기 신호들을 처리하기 위한 트랜지스터들(141)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 원형 광학 격자(106)는 거의 수직 입사광의 궤도를 재지향시키기 위해 잘 알려진 광학 격자 커플러의 원리를 이용한다. 종래의 광학 격자 커플러는 원형이 아니다. 일반적으로, 종래의 광학 격자 커플러는, 광을 흡수할 수 있는 감광성 물질로 광을 지향시키는 도파관으로 광을 포커싱한다. 그러나, 첫 번째 통과 시에 감광성 물질이 광을 흡수하지 않으면, 광은 검출되지 않고 감광성 물질을 빠져나갈 수 있다. 따라서, 종래의 광학 격자 커플러를 사용하는 종래의 광 검출기는, 많은 양의 입사광이 감광성 물질에 전혀 흡수되지 않기 때문에 비효율적이다. 도 1-9의 원형 광학 격자(106)는, 광(114)이 감광성 핀들(110) 중 하나에 흡수될 때까지 원형 광학 격자 주위를 루프 모양으로 돌기 때문에 향상된 감도를 갖는 광 검출기를 제공한다.
광학 격자 커플러에 대한 더 자세한 내용은, 참조로 본 명세서에 포함된 문서[“Grating Couplers for Coupling between Optical Fibers and Nanophotonic Waveguides", Japanese Journal of Applied Physics Vol. 45, No. 8A, 2006, pp. 6071-6077]에서 찾을 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 집적 회로를 형성하기 위한 방법(1000)의 순서도이다. 1002에서, 방법(1000)은 반도체 기판에 환형 트렌치를 형성하는 단계를 포함한다. 반도체 기판의 일례는 도 6a-6c의 반도체 기판(104)이다. 환형 트렌치의 일례는 도 6a-6c의 환형 트렌치(120)이다. 1004에서, 방법(1000)은 환형 트렌치에 복수의 유전체 핀들을 형성하는 단계를 포함한다. 유전체 핀들의 일례는 도 6b 및 도 6c의 유전체 핀들(108)이다. 1006에서, 방법(1000)은 환형 트렌치에 위치하며, 인접한 유전체 핀들 사이에 각각 위치하는 복수의 감광성 핀들(110)을 형성하는 단계를 포함한다. 감광성 핀들의 일례는 도 6a-6c의 감광성 핀들(110)이다.
일 실시예에서, 집적 회로는, 반도체 기판, 반도체 기판에 위치하는 환형 트렌치, 및 환형 트렌치에 위치하는 복수의 유전체 핀들을 포함한다. 집적 회로는, 환형 트렌치에 위치하며, 두 개의 인접한 유전체 핀들 사이에 각각 위치하는 복수의 감광성 핀들을 포함한다. 복수의 유전체 핀들 및 감광성 핀들은 환형 트렌치 주위로 입사광을 지향시키도록 구성된 원형 광학 격자로서 구성된다.
일 실시예에서, 광 검출기는 반도체 기판 및 반도체 기판에 형성된 원형 광학 격자를 포함한다. 원형 광학 격자는 복수의 유전체 핀들 및 인접한 유전체 핀들 사이에 각각 위치하는 복수의 감광성 핀들을 포함한다.
일 실시예에서, 방법은, 반도체 기판에 환형 트렌치를 형성하는 단계 및 환형 트렌치에 복수의 유전체 핀들을 형성하는 단계를 포함한다. 방법은, 환형 트렌치에 위치하며, 인접한 유전체 핀들 사이에 각각 위치하는 복수의 감광성 핀들을 형성하는 단계를 포함한다.
전술한 다양한 실시예는 추가의 실시예를 제공하기 위해 조합될 수 있다. 실시예의 양태는, 필요한 경우, 다양한 특허, 출원 및 공지의 개념을 이용하여 또 다른 실시예를 제공하도록 수정될 수 있다.
이들 변형 및 다른 변형들이 상기 상세한 설명에 비추어 실시예에 이루어질 수 있다. 일반적으로, 다음의 청구 범위에서, 사용된 용어는 청구 범위를 본 명세서 및 청구 범위에 개시된 특정 실시예로 제한하는 것으로 해석되어서는 안되며, 이러한 청구 범위가 권리를 가지는 균등물의 전체 범위와 함께 모든 가능한 실시예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 따라서, 청구 범위는 본 개시에 의해 제한되지 않는다.
실시예
실시예 1. 집적 회로(100)에 있어서,
반도체 기판(104);
상기 반도체 기판에서의 환형(annular) 트렌치(120);
상기 환형 트렌치에서의 복수의 유전체 핀들(108); 및
두 개의 인접한 유전체 핀들 사이에 각각 상기 환형 트렌치에 위치된 복수의 감광성 핀들(110)을 포함하고,
상기 복수의 유전체 핀들 및 감광성 핀들은, 상기 환형 트렌치 주위로 입사광을 지향시키도록 구성된 원형 광학 격자(circular optical grating)(106)로서 구성되는 것인, 집적 회로.
실시예 2. 실시예 1에 있어서, 상기 원형 광학 격자 및 상기 반도체 기판은, 상기 원형 광학 격자상에 입사되는 광을 검출하도록 구성된 광 검출기로서 구성되는 것인, 집적 회로.
실시예 3. 실시예 2에 있어서, 상기 광 검출기는 상기 감광성 핀들에서 광을 흡수함으로써 광을 검출하는 것인, 집적 회로.
실시예 4. 실시예 3에 있어서, 상기 감광성 핀들 및 상기 반도체 기판은 광 다이오드로서 구성되는 것인, 집적 회로.
실시예 5. 실시예 1에 있어서, 상기 감광성 핀들은 게르마늄을 포함하는 것인, 집적 회로.
실시예 6. 실시예 5에 있어서, 상기 반도체 기판은 실리콘을 포함하는 것인, 집적 회로.
실시예 7. 실시예 1에 있어서, 상기 유전체 핀들은 실리콘 산화물을 포함하는 것인, 집적 회로.
실시예 8. 실시예 1에 있어서, 상기 환형 트렌치는,
상기 환형 트렌치의 내부 측방향 경계를 규정하는 내부 측벽;
상기 환형 트렌치의 외부 측방향 경계를 규정하는 외부 측벽; 및
상기 내부 측벽 및 상기 외부 측벽을 덮는 측벽 유전체 코팅을 포함하는 것인, 집적 회로.
실시예 9. 실시예 1에 있어서, 상기 감광성 핀들과 접촉하는 환형 전극을 더 포함하는, 집적 회로.
실시예 10. 실시예 1에 있어서, 상기 환형 트렌치는 실질적으로 직사각형 단면을 갖는 것인, 집적 회로.
실시예 11. 실시예 1에 있어서, 상기 감광성 핀들 및 상기 유전체 핀들은 만곡된(curved) 것인, 집적 회로.
실시예 12. 실시예 11에 있어서, 상기 감광성 핀들 및 상기 유전체 핀들은, 상기 환형 트렌치 주위로 광을 지향시키는 렌즈들로서 작용하는 것인, 집적 회로.
실시예 13. 광 검출기에 있어서,
반도체 기판(104); 및
상기 반도체 기판에 형성된 원형 광학 격자(106)를 포함하고,
상기 원형 광학 격자는,
복수의 유전체 핀들(108); 및
인접한 유전체 핀들 사이에 각각 위치된 복수의 감광성 핀들(110)
을 포함하는 것인, 광 검출기.
실시예 14. 실시예 13에 있어서, 상기 반도체 기판에 형성된 환형 트렌치를 더 포함하고, 상기 복수의 유전체 핀들 및 감광성 핀들은 상기 환형 트렌치에 위치되는 것인, 광 검출기.
실시예 15. 실시예 14에 있어서, 상기 원형 광학 격자는 상기 환형 트렌치 주위로 광을 지향시키도록 구성되는 것인, 광 검출기.
실시예 16. 방법에 있어서,
반도체 기판(104)에 환형 트렌치(120)를 형성하는 단계;
상기 환형 트렌치에 복수의 유전체 핀들(108)을 형성하는 단계; 및
상기 환형 트렌치에, 인접한 유전체 핀들 사이에 각각 위치되는 복수의 감광성 핀들(110)을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 17. 실시예 16에 있어서, 상기 환형 트렌치의 하부 표면으로부터 에피택셜 성장에 의해 감광성 핀들을 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
실시예 18. 실시예 16에 있어서, 상기 감광성 핀들은 단결정 반도체 핀들인 것인, 방법.
실시예 19. 실시예 16에 있어서, 상기 감광성 핀들과 접촉하는 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
실시예 20. 실시예 16에 있어서, 상기 환형 트렌치 내로 광을 수신하기 위해 집적 회로에 개구부를 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.

Claims (10)

  1. 집적 회로(100)에 있어서,
    반도체 기판(104);
    상기 반도체 기판에서의 환형(annular) 트렌치(120);
    상기 환형 트렌치에서의 복수의 유전체 핀들(108); 및
    두 개의 인접한 유전체 핀들 사이에 각각 상기 환형 트렌치에 위치된 복수의 감광성 핀들(110)을 포함하고,
    상기 복수의 유전체 핀들 및 감광성 핀들은, 상기 환형 트렌치 주위로 입사광을 지향시키도록 구성된 원형 광학 격자(circular optical grating)(106)로서 구성되는 것인, 집적 회로.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 원형 광학 격자 및 상기 반도체 기판은, 상기 원형 광학 격자상에 입사되는 광을 검출하도록 구성된 광 검출기로서 구성되는 것인, 집적 회로.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 감광성 핀들은 게르마늄을 포함하는 것인, 집적 회로.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 유전체 핀들은 실리콘 산화물을 포함하는 것인, 집적 회로.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 환형 트렌치는,
    상기 환형 트렌치의 내부 측방향 경계를 규정하는 내부 측벽;
    상기 환형 트렌치의 외부 측방향 경계를 규정하는 외부 측벽; 및
    상기 내부 측벽 및 상기 외부 측벽을 덮는 측벽 유전체 코팅을 포함하는 것인, 집적 회로.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 감광성 핀들과 접촉하는 환형 전극을 더 포함하는, 집적 회로.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 환형 트렌치는 직사각형 단면을 갖는 것인, 집적 회로.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 감광성 핀들 및 상기 유전체 핀들은 만곡된(curved) 것인, 집적 회로.
  9. 광 검출기에 있어서,
    반도체 기판(104); 및
    상기 반도체 기판에 형성된 원형 광학 격자(106)를 포함하고,
    상기 원형 광학 격자는,
    복수의 유전체 핀들(108); 및
    인접한 유전체 핀들 사이에 각각 위치된 복수의 감광성 핀들(110)
    을 포함하는 것인, 광 검출기.
  10. 방법에 있어서,
    반도체 기판(104)에 환형 트렌치(120)를 형성하는 단계;
    상기 환형 트렌치에 복수의 유전체 핀들(108)을 형성하는 단계; 및
    상기 환형 트렌치에, 인접한 유전체 핀들 사이에 각각 위치되는 복수의 감광성 핀들(110)을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
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