KR20230138400A - 연속적으로 배열된 테이퍼들이 있는 에지 커플러들 - Google Patents
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Abstract
에지 커플러를 위한 구조들 및 이러한 구조체들을 제작하는 방법들이다. 구조체는 기판, 제1 도파 코어, 및 제1 도파 코어와 기판 사이에 수직 방향으로 위치되는 제2 도파 코어를 포함한다. 제2 도파 코어는 테이퍼와 테이퍼에 길이방향으로 인접하여 위치되는 역 테이퍼를 포함한다.
Description
본 개시는 포토닉스 칩(photonics chip)들에 관한 것이고, 더 구체적으로는, 에지 커플러를 위한 구조체들 및 이러한 구조체들을 제작하는 방법들에 관한 것이다.
포토닉스 칩들은 데이터 통신 시스템들 및 데이터 컴퓨테이션 시스템들을 포함하지만 그것들로 제한되지 않는 많은 애플리케이션들 및 시스템들에서 사용된다. 포토닉스 칩이 도파관들, 광검출기들, 변조기들, 및 광 출력 스플리터들과 같은 광학적 컴포넌트들과, 전계효과 트랜지스터들과 같은 전자 컴포넌트들을 통합된 플랫폼으로 집적한다. 다른 요소들도 있지만 무엇보다도, 레이아웃 영역, 비용, 및 운영 오버헤드는 동일한 칩 상의 양 유형들의 컴포넌트들의 집적에 의해 감소될 수 있다.
스폿-크기 컨버터라고 또한 알려진 에지 커플러가, 레이저 또는 광섬유와 같은 광원에서부터 포토닉스 칩 상의 광학적 컴포넌트들에 주어진 모드의 광을 커플링하기 위해 흔히 사용된다. 에지 커플러는 팁(tip)을 갖는 역 테이퍼(inverse taper)를 정의하는 도파 코어(waveguide core)의 섹션을 포함할 수 있다. 에지 커플러 구성에서, 역 테이퍼의 협폭 단부는 광원에 인접하게 위치되는 팁에 패싯(facet)을 제공하고, 역 테이퍼의 광폭 단부는 포토닉스 칩의 광학적 컴포넌트들에 광을 라우팅하는 도파 코어의 다른 섹션에 연결된다.
역 테이퍼의 점진적으로 변화하는 단면 영역은 광이 광원에서부터 에지 커플러로 전달될 때 모드 변환과 모드 변환에 연관되는 모드 사이즈 변화를 지원한다. 역 테이퍼의 팁은 광원으로부터 받는 입사 모드를 완전히 국한할 수 없는데 팁의 단면 영역이 모드 사이즈보다 상당히 작기 때문이다. 결과적으로, 입사 모드의 상당한 백분율의 전자기장이 역 테이퍼의 팁 주위에 분포된다. 그 폭이 증가함에 따라, 역 테이퍼는 전체 입사 모드를 지원할 수 있고 전자기장을 국한할 수 있다.
기존의 에지 커플러들은 사용 중에 기판에 대한 광의 상당한 누설 손실에 취약할 수 있다. 누설 손실은 큰 모드 사이즈와 에지 커플러의 팁의 작은 치수들 사이의 불일치로부터의 기여분을 포함할 수 있다. 누설 손실은 단일-모드 광섬유로부터의 횡방향 자기 분극 모드의 광을 실리콘 질화물 도파 코어에 커플링할 때 특히 높을 수 있다.
에지 커플러 및 이러한 구조체들을 제작하는 방법들을 위한 개선된 구조체들이 필요하다.
본 발명의 일 실시예에서, 에지 커플러를 위한 구조체가 제공된다. 구조체는 기판, 제1 도파 코어, 및 제1 도파 코어와 기판 사이에 수직 방향으로 위치되는 제2 도파 코어를 포함한다. 제2 도파 코어는 테이퍼와 테이퍼에 길이방향으로 인접하여 위치되는 역 테이퍼를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 에지 커플러를 위한 구조체를 형성하는 방법이 제공된다. 그 방법은 제1 도파 코어를 형성하는 단계와, 제1 도파 코어와 기판 사이에서 수직 방향으로 위치되는 제2 도파 코어를 형성하는 단계를 포함한다. 제2 도파 코어는 테이퍼와 테이퍼에 길이방향으로 인접하여 위치되는 역 테이퍼를 포함한다.
본 출원서의 일부에 포함되고 그것을 구성하는 첨부 도면들은 본 발명의 다양한 실시예들을 예시하고, 위에서 주어진 본 발명의 일반적인 설명과 아래에서 주어지는 실시예들의 상세한 설명은 본 발명의 실시예들을 설명하는데 소용된다. 도면에서, 유사한 참조 번호들이 다양한 뷰들에서 유사한 특징들을 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 프로세싱 방법의 초기 제작 스테이지에서의 구조체의 상면도이다.
도 2는 일반적으로 도 1의 2-2 선을 따라 취해진 단면도이다.
도 3은 도 1에 후속하는 프로세싱 방법의 제작 스테이지에서의 구조체의 상면도이다.
도 4는 일반적으로 도 3의 4-4 선을 따라 취해진 단면도이다.
도 5는 도 3에 후속하는 프로세싱 방법의 제작 스테이지에서의 구조체의 상면도이다.
도 6은 일반적으로 도 5의 6-6 선을 따라 취해진 단면도이다.
도 7은 도 5에 후속하는 프로세싱 방법의 제작 스테이지에서의 구조체의 상면도이다.
도 8은 일반적으로 도 7의 8-8 선을 따라 취해진 단면도이다.
도 9는 본 발명의 대체 실시예들에 따른 구조체의 상면도이다.
도 10은 본 발명의 대체 실시예들에 따른 구조체의 상면도이다.
도 11은 본 발명의 대체 실시예들에 따른 프로세싱 방법의 제작 스테이지에서의 구조체의 상면도이다.
도 12는 일반적으로 도 11의 12-12 선을 따라 취해진 단면도이다.
도 13은 도 12에 후속하는 프로세싱 방법의 제작 스테이지에서의 구조체의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 대체 실시예들에 따른 구조체의 단면도이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 프로세싱 방법의 초기 제작 스테이지에서의 구조체의 상면도이다.
도 2는 일반적으로 도 1의 2-2 선을 따라 취해진 단면도이다.
도 3은 도 1에 후속하는 프로세싱 방법의 제작 스테이지에서의 구조체의 상면도이다.
도 4는 일반적으로 도 3의 4-4 선을 따라 취해진 단면도이다.
도 5는 도 3에 후속하는 프로세싱 방법의 제작 스테이지에서의 구조체의 상면도이다.
도 6은 일반적으로 도 5의 6-6 선을 따라 취해진 단면도이다.
도 7은 도 5에 후속하는 프로세싱 방법의 제작 스테이지에서의 구조체의 상면도이다.
도 8은 일반적으로 도 7의 8-8 선을 따라 취해진 단면도이다.
도 9는 본 발명의 대체 실시예들에 따른 구조체의 상면도이다.
도 10은 본 발명의 대체 실시예들에 따른 구조체의 상면도이다.
도 11은 본 발명의 대체 실시예들에 따른 프로세싱 방법의 제작 스테이지에서의 구조체의 상면도이다.
도 12는 일반적으로 도 11의 12-12 선을 따라 취해진 단면도이다.
도 13은 도 12에 후속하는 프로세싱 방법의 제작 스테이지에서의 구조체의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 대체 실시예들에 따른 구조체의 단면도이다.
도 1, 도 2를 참조하면 그리고 본 발명의 실시예들에 따라, 에지 커플러를 위한 구조체(10)가 유전체 층(14) 위에 위치되는 도파 코어(12)와, 기판(16)을 포함한다. 일 실시예에서, 유전체 층(14)은 실리콘 이산화물과 같은 유전체 재료로 구성될 수 있고, 기판(16)은 단결정 실리콘과 같은 반도체 재료로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 유전체 층(14)은 실리콘-온-실리콘 기판의 매립된 산화물 층일 수 있고, 유전체 층(14)은 기판(16)으로부터 도파 코어(12)을 분리할 수 있다. 대체 실시예에서, 실리콘 이산화물과 같은 유전체 재료로 구성되는 추가적인 유전체 층이 유전체 층(14)과 도파 코어(12) 사이에 위치될 수 있다.
도파 코어(12)는 길이방향 축(13)을 따라 정렬될 수 있다. 도파 코어(12)는 역 테이퍼(18), 역 테이퍼(18)에 연결되는 섹션(20), 및 역 테이퍼(18)를 종단시키는 단부 표면(22)을 포함할 수 있다. 역 테이퍼는 모드 전파 방향을 따라 폭이 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 도파 코어의 테이퍼형 섹션을 지칭한다. 이와 관련하여, 역 테이퍼(18)는 단부 표면(22)으로부터 길이방향 축(13)을 따라 거리가 증가함에 따라 폭이 증가한다. 도파 코어(12)의 섹션(20)은 다른 광학적 컴포넌트들에 연결될 수 있다.
도파 코어(12)는 실리콘 이산화물의 굴절 계수보다 큰 굴절 계수를 갖는 실리콘 질화물과 같은 유전체 재료로 구성될 수 있다. 대체 실시예에서, 도파 코어(12)는 실리콘 산화질화물로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 도파 코어(12)는 자신의 구성 재료의 층을 유전체 층(14) 상에 화학 증착에 의해 퇴적하고 퇴적된 층을 리소그래피 및 에칭 프로세스들에 의해 패터닝함으로써 형성될 수 있다.
유사한 참조 번호들이 도 1, 도 2에서의 유사한 특징부들을 지칭하는 도 3, 도 4를 참조하여 그리고 후속 제작 스테이지에서, 유전체 층(24)이 도파 코어(12) 위에 형성된다. 유전체 층(24)은 실리콘 이산화물과 같은 유전체 재료로 구성될 수 있다. 도파 코어(12)는 유전체 층(24)에 삽입되는데 유전체 층(24)이 도파 코어(12)의 높이보다 두껍기 때문이다. 유전체 층(24)의 두께와 도파 코어(12)의 높이는 조정 가능한 변수들일 수 있다. 유전체 층(24)을 구성하는 유전체 재료는 도파 코어(12)를 구성하는 유전체 재료보다 낮은 굴절 계수를 가질 수 있다.
다중-테이퍼 도파 코어(26)가 유전체 층(24) 상에 형성된다. 도파 코어(26)는 섹션(28), 역 테이퍼(30), 및 역 테이퍼(30)에 의해 섹션(28)에 연결될 수 있는 테이퍼(32)를 포함할 수 있다. 섹션(28)은 도파 코어(26)을 종단시키는 단부 표면(29)을 가지고 테이퍼(32)는 또한 도파 코어(26)를 종단시키는 단부 표면(33)을 가진다. 도파 코어(26)는 단부 표면(29)과 단부 표면(33) 사이에서 자신의 전체 길이에 걸쳐 가변하는 폭(W1)을 가진다. 섹션(28)은 길이(L1)를 가질 수 있고 폭(W1)은 길이(L1)에 걸쳐 일정할 수 있으며, 역 테이퍼(30)는 길이(L2)를 가질 수 있고 폭(W1)은 섹션(28)으로부터 거리가 증가함에 따라 길이(L2)에 걸쳐 증가할 수 있고, 테이퍼(32)는 길이(L3)를 가질 수 있고 폭(W1)은 섹션(28)으로부터 거리가 증가함에 따라 길이(L3)에 걸쳐 감소할 수 있다. 대향 단부 표면들(29, 33) 사이의 도파 코어(26)의 총 길이는 길이(L1), 길이(L2), 및 길이(L3)의 합과 동일할 수 있다.
도파 코어(26)는 실리콘 이산화물의 굴절 계수보다 큰 굴절 계수를 갖는 실리콘-탄소 질화물 또는 수소화된 실리콘-탄소 질화물과 같은 유전체 재료로 구성될 수 있다. 대체 실시예에서, 도파 코어(26)은 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화질화물로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 도파 코어(26)는 자신의 구성 재료의 층을 유전체 층(24) 상에 화학 증착에 의해 퇴적하고 퇴적된 층을 리소그래피 및 에칭 프로세스들에 의해 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 대체 실시예에서, 슬래브(slab) 층이 도파 코어(26)의 하부에 그 길이의 전부 또는 일 부분에 걸쳐 연결될 수 있다. 슬래브 층은 도파 코어(26)가 패터닝될 때 형성될 수 있고, 유전체 층(24) 상에 위치되는 슬래브 층은 도파 코어(26)의 두께 미만인 두께를 가진다.
도파 코어(26)는 길이방향 축(25)을 따라 정렬될 수 있다. 역 테이퍼(30)는 백-투-백(back-to-back) 또는 연속적인 테이퍼들이 도파 코어(26)의 테이퍼형 섹션들로서 제공되도록 테이퍼(32)에 길이방향으로 인접하여 위치된다. 일 실시예에서, 역 테이퍼(30)는 테이퍼(32)에 인접할(즉, 부착될) 수 있다. 역 테이퍼(30)는 테이퍼(32)의 테이퍼링(tapering)과는 반대 방향으로 길이방향 축(25)을 따라 테이퍼진다. 일 실시예에서, 도파 코어(26)의 길이방향 축(25)은 도파 코어(12)의 길이방향 축(13)에 평행하게 정렬될 수 있다.
도파 코어(12)는 도파 코어(26)의 부분과 기판(16) 사이에서 수직 방향으로 위치된다. 일 실시예에서, 기판(16)은 도파 코어(12) 아래에서 솔리드(solid)일 수 있다. 일 실시예에서, 도파 코어(26)의 테이퍼(32)는 도파 코어(12)의 역 테이퍼(18)와 중첩할 수 있다. 일 실시예에서, 도파 코어(26)의 테이퍼(32)와 도파 코어(12)의 역 테이퍼(18)는 동일한 길이를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 도파 코어(26)의 테이퍼(32)는 도파 코어(12)의 역 테이퍼(18)와 중첩할 수 있고, 도파 코어(26)의 테이퍼(32)와 도파 코어(12)의 역 테이퍼(18)는 동일한 길이들을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 도파 코어(26)의 테이퍼(32)는 도파 코어(12)의 역 테이퍼(18) 위에 중심을 둘 수 있다. 일 실시예에서, 도파 코어(26)의 역 테이퍼(30)는 도파 코어(12)와 비-중첩 관계를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 도파 코어(12)의 역 테이퍼(18)는 도파 코어(12)의 단부 표면(22)이 도파 코어(28)의 단부 표면(29)과 정렬되도록 연장될 수 있으며, 이는 섹션(28), 역 테이퍼(30), 및 테이퍼(32)가 도파 코어(12)와 중첩하게 한다.
유사한 참조 번호들이 도 3, 도 4에서의 유사한 특징부들을 지칭하는 도 5, 도 6을 참조하여 그리고 후속 제작 스테이지에서, BEOL(back-end-of-line) 스택(31)의 유전체 층들(34, 36)은 유전체 층(24) 및 도파 코어(26) 위에 형성될 수 있다. 도파 코어(26)는 유전체 층(34)에 삽입된다. 유전체 층들(34, 36)은 실리콘 이산화물, 테트라에틸오르토실리케이트 실리콘 이산화물, 또는 플루오르화된-테트라에틸오르토실리케이트 실리콘 이산화물과 같은 유전체 재료로 구성될 수 있다.
에지 커플러는 도파 코어(26) 위의 BEOL(back-end-of-line) 스택(31)의 레벨에 형성되는 추가적인 도파 코어들(38, 40, 42)을 포함할 수 있다. 도파 코어들(38, 40, 42)은 유전체 층(36) 상에 측방향으로 이격된 병치 배열을 가진다. 도파 코어들(38, 40, 42)은 실리콘 이산화물의 굴절 계수보다 큰 굴절 계수를 갖는 실리콘 질화물과 같은 유전체 재료로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 도파 코어들(38, 40, 42)은 자신의 구성 재료의 층을 유전체 층(34) 상에 화학 증착에 의해 퇴적하고 퇴적된 층을 리소그래피 및 에칭 프로세스들에 의해 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 도파 코어들(38, 40, 42)은 도파 코어(26)와는 상이한 유전체 재료로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 도파 코어들(38, 40, 42)은 자신의 조성에서 탄소가 없는 유전체 재료로 구성될 수 있다.
도파 코어들(38, 40, 42)의 각각은 길이방향 축(35)을 따라 정렬될 수 있다. 도파 코어(38)는 도파 코어(38)에 대한 길이를 정의하기 위해 대향 단부들(39)에서 절단될 수 있으며, 도파 코어(40)는 도파 코어(40)에 대한 길이를 정의하기 위해 대향 단부들(41)에서 절단될 수 있고, 도파 코어(40)는 도파 코어(38)에 대한 길이를 정의하기 위해 대향 단부들(43)에서 절단될 수 있다. 도파 코어(40)는 도파 코어(38)와 도파 코어(42) 사이에서 측방향으로 위치되고, 도파 코어(40)는 도파 코어(26)와 중첩할 수 있다. 일 실시예에서, 도파 코어들(38, 40, 42)은 도파 코어(26)를 기준으로 대칭적인 배열로 측방향으로 위치될 수 있다.
대체 실시예에서, 주변 도파 코어(38)는 도파 코어(38)와 도파 코어(40) 사이의 거리가 도파 코어(12)로부터의 거리가 감소함에 따라 증가하도록 중앙 도파 코어(40)로부터 만곡될 수 있고, 주변 도파 코어(42)는 도파 코어(42)와 도파 코어(40) 사이의 거리가 도파 코어(12)로부터의 거리가 감소함에 따라 증가하도록 도파 코어(38)와는 반대 곡률 방향으로 중앙 도파 코어(40)으로부터 만곡될 수 있다.
유사한 참조 번호들이 도 5, 도 6에서의 유사한 특징부들을 지칭하는 도 7, 도 8을 참조하여 그리고 후속 제작 스테이지에서, BEOL(back-end-of-line) 스택(31)의 유전체 층들(44, 46)은 도파 코어들(38, 40, 42) 위에 형성될 수 있다. 유전체 층들(44, 46)은 실리콘 이산화물, 테트라에틸오르토실리케이트 실리콘 이산화물, 또는 플루오르화된-테트라에틸오르토실리케이트 실리콘 이산화물과 같은 유전체 재료로 구성될 수 있다. 도파 코어들(38, 40, 42)은 유전체 층(44)에 삽입된다.
에지 커플러는 도파 코어들(38, 40, 42) 위의 BEOL(back-end-of-line) 스택(31)의 레벨에 형성되는 도파 코어(48)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 도파 코어(48)는 도파 코어(40)와 중첩할 수 있다. 도파 코어(48)는 길이방향 축(45)을 따라 정렬될 수 있다. 일 실시예에서, 도파 코어(48)의 길이방향 축(45)은 도파 코어들(38, 40, 42)의 길이방향 축들(35)에 평행하게 정렬될 수 있다. 도파 코어(48)는 도파 코어(48)가 어떤 길이를 갖도록 대향 단부들(49)에서 절단될 수 있다. 일 실시예에서, 도파 코어(48)와 도파 코어(40)는 동일한 또는 실질적으로 동일한 길이들을 가질 수 있다. 대체 실시예에서, 도파 코어(48)는 도파 코어(40)보다 길이가 짧을 수 있다.
도파 코어(48)는 실리콘 이산화물의 굴절 계수보다 큰 굴절 계수를 갖는 실리콘 질화물과 같은 유전체 재료로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 도파 코어(48)는 자신의 구성 재료의 층을 유전체 층(46) 상에 화학 증착에 의해 퇴적하고 퇴적된 층을 리소그래피 및 에칭 프로세스들에 의해 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 도파 코어(48)는 도파 코어들(38, 40, 42)과 동일한 유전체 재료로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 도파 코어(48)는 도파 코어(26)와는 상이한 유전체 재료로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 도파 코어들(38, 40, 42)은 자신의 조성에서 탄소가 없는 유전체 재료로 구성될 수 있다.
대체 실시예들에서, 에지 커플러는 도파 코어(48)를 포함하는 레벨에서 추가적인 도파 코어들을 포함할 수 있다. 대체 실시예들에서, 에지 커플러는 도파 코어들(38, 40, 42)을 포함하는 레벨에서 추가적인 도파 코어들을 포함할 수 있다. 대체 실시예에서, 추가적인 도파 코어들이 도파 코어(48)를 포함하는 레벨에서 추가되는 것이 연계하여 도파 코어들(38, 40, 42) 중 한 쌍은 제거될 수 있다.
BEOL(back-end-of-line) 스택(31)의, 수분 장벽을 제공하는 유전체 층(56)을 포함한, 추가적인 유전체 층들(56)(도식적으로 파선들로 도시됨)은 도파 코어(48) 위에 형성될 수 있다.
광(예컨대, 레이저 광)이 광원(50)에서부터 에지 커플러를 향해 모드 전파 방향(51)으로 진행될 수 있다. 광은 주어진 파장, 세기, 모드 형상, 및 모드 사이즈를 가질 수 있고, 에지 커플러는 광에 대한 스폿 사이즈 변환을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 광원(50)은 에지 커플러에 인접하게 배치되는 단일-모드 광섬유일 수 있다. 대체 실시예에서, 광원(50)은 반도체 레이저일 수 있고, 반도체 레이저는 기판(16)에 형성된 공동 내부에 부착될 수 있다.
구조체(10)는, 본 개시에서 설명되는 그것의 실시예들 중 임의의 것에서, 전자 컴포넌트들과 추가적인 광학적 컴포넌트들을 포함하는 포토닉스 칩에 통합될 수 있다. 예를 들어, 전자 컴포넌트들은 CMOS 프로세싱에 의해 제작되는 전계효과 트랜지스터들을 포함할 수 있다.
구조체(10)의 다중-테이퍼 도파 코어(26)는, 에지 커플러 아래의 기판(16)에서 언더컷(undercut)이 없더라도, 기판(16)으로의 누설로부터 변환 및 전파 손실을 감소시키는 기능을 할 수 있다. 도파 코어(26)에 의해 제공되는 커플링 또는 누설 손실 감소는 누설 손실 조치(measure)로서의 언더컷의 제거를 허용할 수 있고 결과적으로 에지 커플러 아래에 언더컷 없는 솔리드 기판(16)을 초래할 수 있다. 언더컷을 제거하면 에지 커플러를 형성하기 위한 프로세스 흐름, 뿐만 아니라 유전체 층(14) 아래의 기판(16)의 부분을 제거하고 그러므로 에지 커플러 아래의 지지체의 부분을 제거하여 초래되는 잠재적인 기계적 문제들이 단순화된다.
도파 코어(26)를 포함하는 에지 커플러가 또한 더 빠른 모드 변환, 뿐만 아니라 더 적은 모드 변동(fluctuation)들이 특징인 모드 변환을 특징으로 할 수 있다. 도파 코어(26)를 포함하는 구조체(10)는 또한 에지 커플러의 풋프린트에서의 감소를 촉진할 수 있다. 추가하여, 횡단 전기 및 횡단 자기 분극 모드들의 광에 대한 커플링 손실들은 커플링 손실이 실질적으로 분극 모드과는 독립적이도록 실질적으로 동등하게 될 수 있다.
도 9를 참조하여 그리고 본 발명의 대체 실시예들에 따라, 다중-테이퍼 도파 코어(26)는 역 테이퍼(30) 및 테이퍼(32)를 각각 대체하는 테이퍼(60) 및 역 테이퍼(62)를 포함하도록 수정되어서, 도파 코어(26)의 테이퍼링 변화를 변경할 수 있다. 테이퍼(60)는 역 테이퍼(62)를 섹션(28)에 연결한다. 역 테이퍼(62)는 도파 코어(26)를 종단시키는 단부 표면(63)을 가진다. 도파 코어(26)의 폭(W1)은 단부 표면(29)과 단부 표면(33) 사이에서 자신의 전체 길이에 걸쳐 가변한다. 테이퍼(60)는 길이(L2)를 가질 수 있고 폭(W1)은 섹션(28)으로부터의 거리가 증가함에 따라 길이(L2)에 걸쳐 감소할 수 있고, 역 테이퍼(62)는 길이(L3)를 가질 수 있고 폭(W1)은 섹션(28)으로부터 거리가 증가함에 따라 길이(L3)에 걸쳐 증가할 수 있다.
역 테이퍼(62)는 백-투-백 또는 연속적인 테이퍼들이 도파 코어(26)의 섹션들로서 제공되도록 테이퍼(60)에 길이방향으로 인접하여 위치된다. 일 실시예에서, 역 테이퍼(62)는 테이퍼(60)에 인접할 수 있다. 역 테이퍼(62)는 테이퍼(60)의 테이퍼링과는 반대 방향으로 길이방향 축(25)을 따라 테이퍼진다. 일 실시예에서, 도파 코어(26)의 역 테이퍼(62)는 도파 코어(12)의 역 테이퍼(18)와 중첩할 수 있다. 일 실시예에서, 도파 코어(26)의 역 테이퍼(62)와 도파 코어(12)의 역 테이퍼(18)는 동일한 길이를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 도파 코어(26)의 역 테이퍼(62)는 도파 코어(12)의 역 테이퍼(18)와 중첩할 수 있고, 도파 코어(26)의 역 테이퍼(62)와 도파 코어(12)의 역 테이퍼(18)는 동일한 길이를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 도파 코어(26)의 역 테이퍼(62)는 도파 코어(12)의 역 테이퍼(18) 위에 중심을 둘 수 있다. 일 실시예에서, 도파 코어(26)의 역 테이퍼(62)와 도파 코어(12)의 역 테이퍼(18)는 상이한 테이퍼 각도들을 가질 수 있다. 예를 들어, 역 테이퍼(62)의 테이퍼 각도는 역 테이퍼(18)의 테이퍼 각도보다 클 수 있다.
역 테이퍼(30) 및 테이퍼(32)를 테이퍼(60) 및 역 테이퍼(62)로 각각 대체함으로써 연속적인 테이퍼들의 테이퍼링을 역전시키면 광 모드 변환에 대한 변경이 허용될 수 있다.
도 10을 참조하여 그리고 본 발명의 대체 실시예들에 따라, 다중-테이퍼 도파 코어(26)는 역 테이퍼(30)에 유사한 역 테이퍼(64)와 테이퍼(32)에 유사한 테이퍼(66)를 도파 코어(26)의 섹션들을 정의하는 연속적으로 배열된(consecutively-arranged) 테이퍼들로서 추가하도록 수정될 수 있다. 테이퍼(66)는 단부 표면(65)을 가지며, 이 단부 표면은 수정된 도파 코어(26)를 종단시키는 단부 표면(29)과 대향한다. 테이퍼(66)는 역 테이퍼(64)에 인접할 수 있으며, 역 테이퍼(64)는 테이퍼(32)에 인접할 수 있고, 테이퍼(66)는 역 테이퍼(64)에 의해 테이퍼(32)에 연결될 수 있다. 역 테이퍼(64)의 길이방향 축(25)을 따르는 테이퍼링은 테이퍼(66)의 테이퍼링과는 방향이 반대이다. 일 실시예에서, 도파 코어(26)의 역 테이퍼(64) 및 테이퍼(66)는 도파 코어(12)의 섹션(20)과 중첩할 수 있다. 일 실시예에서, 도파 코어(26)의 역 테이퍼(64) 및 테이퍼(66)는 도파 코어(12)의 섹션(20) 위에 중심을 둘 수 있다.
일 실시예에서, 역 테이퍼(64)와 테이퍼(66)는 역 테이퍼(30) 및 테이퍼(32)와 함께 동시에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 역 테이퍼(64)와 테이퍼(66)는 역 테이퍼(30) 및 테이퍼(32)와 동일한 유전체 재료로 구성될 수 있다.
도 11, 도 12를 참조하여 그리고 본 발명의 대체 실시예들에 따라, 유전체 층(78)이 도파 코어(26) 위에 형성될 수 있다. 유전체 층(78)은 실리콘 이산화물과 같은 유전체 재료로 구성될 수 있다. 도파 코어(26)는 유전체 층(78)에 삽입되는데 유전체 층(78)이 도파 코어(26)의 높이보다 두껍기 때문이다. 유전체 층(78)의 두께와 도파 코어(26)의 높이는 조정 가능한 변수들일 수 있다. 유전체 층(78)을 구성하는 유전체 재료는 도파 코어(26)를 구성하는 재료보다 낮은 굴절 계수를 가질 수 있다.
도파 코어(80)는 구조체(10)에 추가될 수 있고, 도파 코어(26)를 포함하는 레벨과 코어들(38, 40, 42)을 포함하는 레벨 사이의 BEOL(back-end-of-line) 스택(31)의 레벨에 위치될 수 있다. 도파 코어(80)는 섹션(68), 역 테이퍼(70), 및 역 테이퍼(70)에 의해 섹션(68)에 연결되는 테이퍼(72)를 포함할 수 있다. 섹션(68)은 도파 코어(80)을 종단시키는 단부 표면(69)을 가지고 테이퍼(72)는 또한 도파 코어(80)를 종단시키는 단부 표면(73)을 가진다. 도파 코어(80)는 단부 표면(69)과 단부 표면(73) 사이에서 자신의 전체 길이에 걸쳐 가변하는 폭(W2)을 가진다. 섹션(68)은 길이(L4)를 가질 수 있고 폭(W2)은 길이(L4)에 걸쳐 일정할 수 있으며, 역 테이퍼(70)는 길이(L5)를 가질 수 있고 폭(W2)은 섹션(68)으로부터 거리가 증가함에 따라 길이(L5)에 걸쳐 증가할 수 있고, 테이퍼(72)는 길이(L6)를 가질 수 있고 폭(W2)은 섹션(68)으로부터 거리가 증가함에 따라 길이(L6)에 걸쳐 감소할 수 있다. 도파 코어(80)의 총 길이는 길이(L4), 길이(L5), 및 길이(L6)의 합과 동일할 수 있다. 일 실시예에서, 개별 길이들(L4, L5, L6)은 도파 코어(26)의 개별 길이들(L1, L2, L3)과 각각 동일하거나 또는 실질적으로 동일할 수 있다.
도파 코어(80)는 실리콘 이산화물의 굴절 계수보다 큰 굴절 계수를 갖는 실리콘-탄소 질화물 또는 수소화된 실리콘-탄소 질화물과 같은 유전체 재료로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 도파 코어(80)는 자신의 구성 재료의 층을 유전체 층(78) 상에 화학 증착에 의해 퇴적하고 퇴적된 층을 리소그래피 및 에칭 프로세스들에 의해 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 대체 실시예에서, 도파 코어(80)은 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화질화물로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 도파 코어(26)와 도파 코어(80)는 동일한 유전체 재료로 구성될 수 있다.
역 테이퍼(70)는 백-투-백 또는 연속적인 테이퍼들이 도파 코어(80)의 섹션들로서 제공되도록 테이퍼(72)에 길이방향으로 인접하여 위치된다. 일 실시예에서, 역 테이퍼(70)는 테이퍼(72)에 인접할 수 있다. 도파 코어(80)는 길이방향 축(75)을 따라 정렬될 수 있다. 역 테이퍼(70)의 길이방향 축(75)을 따르는 테이퍼링은 테이퍼(72)의 테이퍼링과는 방향이 반대이다. 일 실시예에서, 길이방향 축(75)은 도파 코어(26)의 길이방향 축(25)에 평행하게 정렬될 수 있다.
일 실시예에서, 도파 코어(80)의 테이퍼(72)는 도파 코어(26)의 테이퍼(32)와 중첩할 수 있고, 양 테이퍼들(32, 72)은 도파 코어(12)의 역 테이퍼(18)와 중첩할 수 있다. 일 실시예에서, 테이퍼들(32, 72) 및 도파 코어(12)의 역 테이퍼(18)는 동일한 길이를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 도파 코어(80)의 섹션(68)은 도파 코어(26)의 섹션(28)과 중첩할 수 있고, 도파 코어(80)의 역 테이퍼(70)는 도파 코어(26)의 역 테이퍼(30)와 중첩할 수 있다. 일 실시예에서, 도파 코어(80)의 테이퍼(72)는 도파 코어(26)의 테이퍼(32) 위에 중심을 둘 수 있다.
유사한 참조 번호들이 도 12에서의 유사한 특징부들을 지칭하는 도 13을 참조하여 그리고 후속 제작 스테이지에서, 프로세스는 위에서 설명된 바와 같이 계속하여 추가된 도파 코어(80)를 포함하는 구조체(10)를 완성한다.
도 14를 참조하여 그리고 본 발명의 대체 실시예들에 따라, 언더컷(76)이 도파 코어(12) 아래의 기판(16)에 형성될 수 있다. 언더컷(76)은 유전체 층(14)을 관통하는 파일럿 개구부들을 패터닝한 다음, 측방향 및 수직 에칭 컴포넌트들 양쪽 모두를 특징으로 하는 등방성 에칭 프로세스를 사용하여 파일럿 개구부들에 의해 접근이 제공되는 기판(16)을 에칭함으로써 형성될 수 있다. 언더컷(76)은 기판(16)에 대한 누설 손실에서의 추가적은 감소들을 제공할 수 있다.
위에서 설명된 바와 같은 방법들은 집적 회로 칩들의 제작에서 사용된다. 결과적인 집적 회로 칩들은 원시 웨이퍼 형태로 제작자에 의해 (예컨대, 다수의 언패킹된 칩들을 갖는 단일 웨이퍼로서), 베어 다이로서, 또는 패키징된 형태로 배포될 수 있다. 칩은 다른 칩들, 개별 회로 엘리먼트들, 및/또는 다른 신호 프로세싱 디바이스들과는 중간 제품 또는 최종 제품 중 어느 하나의 일부로서 통합될 수 있다. 최종 제품은 중앙 프로세서를 갖는 컴퓨터 제품들 또는 스마트폰들과 같이, 집적 회로 칩들을 포함하는 임의의 제품일 수 있다.
“약”, “대략적으로”, 및 “실질적으로”와 같은 근사의 언어표현에 의해 수정되는 용어들에 대한 본 개시에서의 언급들은 특정되는 정밀한 값으로 제한되지 않는다. 근사의 언어표현은 값을 측정하는데 사용되는 기구의 정밀도에 해당할 수 있고, 기구의 정밀도에 달리 의존하지 않는 한, 언급된 값(들)의 +/- 10%의 범위를 나타낼 수 있다.
“수직”, “수평” 등과 같은 용어들에 대한 본 개시에서의 언급들은, 참조 프레임을 확립하기 위해, 제한으로서가 아니라 예로서 만들어진다. 본 개시에서 사용되는 “수평”이란 용어는, 실제 3차원 공간적 배향에 상관없이, 반도체 기판의 기존의 평면에 평행한 평면으로서 정의된다. “수직” 및 “법선”이란 용어들은, 정의한 대로, 수평에 수직인 방향을 의미한다. “측방향”이란 용어는 수평면 내의 방향을 의미한다.
다른 특징부에 또는 다른 특징부와 “연결된” 또는 “커플링된” 한 특징부가 다른 특징부에 또는 다른 특징부와 직접 연결 또는 커플링될 수 있거나, 또는, 대신에, 하나 이상의 개재 특징부들이 존재할 수 있다. 한 특징부가 개재 특징부들이 부재하면 다른 특징부에 또는 다른 특징부와 "직접 연결" 또는 "직접 커플링"될 수 있다. 한 특징부가, 적어도 하나의 개재 특징부가 존재하면, 다른 특징부에 또는 다른 특징부와 "간접 연결" 또는 "간접 커플링"될 수 있다. 다른 특징부 "상의" 또는 다른 특징부"에 접촉하는" 특징부가 다른 특징부와 직접 접촉할 수 있거나 또는 다른 특징부 상에 직접 있을 수 있거나, 대신에, 하나 이상의 개재 특징들이 존재할 수 있다. 한 특징부가 개재 특징부들이 부재하면 다른 특징부에 "상에 직접" 있거나 또는 "직접 접촉"될 수 있다. 한 특징부가 적어도 하나의 개재 특징부가 존재하면 다른 특징부 "상에 간접적으로" 있을 수 있거나 또는 "간접 접촉"할 수 있다. 상이한 특징부들은 한 특징부가 다른 특징부 위로 연장하고 그 일부를 덮으면 "중첩한다".
본 발명의 다양한 실시예들의 설명들은 예시 목적으로 제시되었고 개시된 실시예들을 완전하게 하거나 또는 제한하도록 의도되지 않았다. 많은 변형들 및 개조들이 설명된 실시예들의 범위 및 정신으로부터 벗어남없이 당해 기술분야의 통상의 기술자들에게는 명백할 것이다. 본 개시에서 사용되는 기술용어는 실시예들의 원리들, 시장에서 발견되는 기술들에 대한 실제 응용 또는 기술적 개선을 설명하기 위해, 그리고/또는 당해 기술분야의 통상의 지식의 다른 기술자들이 본원에서 개시되는 실시예들을 이해하는 것을 가능하게 하기 위해 선택되었다.
Claims (20)
- 에지 커플러를 위한 구조체로서,
기판;
제1 도파 코어; 및
상기 기판과 상기 제1 도파 코어 사이에서 수직 방향으로 위치되는 제2 도파 코어 ― 상기 제2 도파 코어는 제1 테이퍼와 상기 제1 테이퍼에 길이방향으로 인접하여 위치되는 제1 역 테이퍼를 포함함 ―
를 포함하는, 구조체. - 제1항에 있어서, 상기 제2 도파 코어의 상기 제1 테이퍼는 상기 제2 도파 코어의 상기 제1 역 테이퍼에 인접하는, 구조체.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 도파 코어와 상기 기판 사이에서 상기 수직 방향으로 위치되는 제3 도파 코어를 더 포함하는, 구조체. - 제3항에 있어서, 상기 제2 도파 코어의 상기 제1 테이퍼는 상기 제3 도파 코어와 중첩하는, 구조체.
- 제3항에 있어서, 상기 제3 도파 코어는 역 테이퍼를 포함하고, 상기 제2 도파 코어의 상기 제1 테이퍼는 상기 제3 도파 코어의 상기 역 테이퍼와 중첩하는, 구조체.
- 제3항에 있어서, 상기 제2 도파 코어의 상기 제1 역 테이퍼는 상기 제3 도파 코어와 중첩하는, 구조체.
- 제3항에 있어서, 상기 제3 도파 코어는 역 테이퍼를 포함하고, 상기 제2 도파 코어의 상기 제1 역 테이퍼는 상기 제3 도파 코어의 상기 역 테이퍼와 중첩하는, 구조체.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 도파 코어는 단부 표면에서 종단하고, 상기 제2 도파 코어의 상기 제1 역 테이퍼는 상기 제1 테이퍼와 상기 단부 표면 사이에서 길이방향으로 위치되는, 구조체.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 도파 코어는 단부 표면에서 종단하고, 상기 제2 도파 코어의 상기 제1 테이퍼는 상기 제1 역 테이퍼와 상기 단부 표면 사이에서 길이방향으로 위치되는, 구조체.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 도파 코어는 제2 테이퍼와 제2 역 테이퍼를 포함하고, 상기 제2 테이퍼는 상기 제1 테이퍼와 상기 제2 테이퍼 사이에서 길이방향으로 위치되는, 구조체.
- 제10항에 있어서, 상기 제2 도파 코어의 상기 제1 테이퍼는 상기 제2 도파 코어의 상기 제1 역 테이퍼에 인접하며, 상기 제2 도파 코어의 상기 제2 역 테이퍼는 상기 제2 도파 코어의 상기 제1 테이퍼에 인접하고, 상기 제2 도파 코어의 상기 제2 테이퍼는 상기 제2 도파 코어의 상기 제2 역 테이퍼에 인접하는, 구조체.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 도파 코어는 실리콘 질화물을 포함하고, 상기 제2 도파 코어는 실리콘-탄소 질화물 또는 수소화된 실리콘-탄소 질화물을 포함하는, 구조체.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 도파 코어는 실리콘 질화물을 포함하고, 상기 제2 도파 코어는 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화질화물을 포함하는, 구조체.
- 제1항에 있어서, 상기 기판은 언더컷을 포함하고, 상기 제1 도파 코어 및 상기 제2 도파 코어는 상기 기판에서 상기 언더컷과 중첩 배열을 갖는, 구조체.
- 제1항에 있어서, 상기 기판은 상기 제1 도파 코어 및 상기 제2 도파 코어 아래에서 솔리드인, 구조체.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 도파 코어에 인접하여 위치되는 광원 ― 상기 광원은 상기 에지 커플러를 향하는 모드 전파 방향으로 광을 제공하도록 구성됨 ― 을 더 포함하는, 구조체. - 제1항에 있어서,
상기 제1 도파 코어에 인접하여 측면 방향으로 위치되는 제3 도파 코어를 더 포함하는, 구조체. - 방법으로서,
제1 도파 코어를 형성하는 단계; 및
상기 제1 도파 코어와 기판 사이에서 수직 방향으로 위치되는 제2 도파 코어 ― 상기 제2 도파 코어는 테이퍼와 상기 테이퍼에 길이방향으로 인접하여 위치되는 역 테이퍼를 포함함 ― 를 형성하는 단계
를 포함하는, 방법. - 제18항에 있어서, 상기 제2 도파 코어는 단부 표면에서 종단하고, 상기 제2 도파 코어의 상기 역 테이퍼는 상기 테이퍼와 상기 단부 표면 사이에서 길이방향으로 위치되는, 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 제2 도파 코어는 단부 표면에서 종단하고, 상기 제2 도파 코어의 상기 테이퍼는 상기 역 테이퍼와 상기 단부 표면 사이에서 길이방향으로 위치되는, 방법.
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