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      具有提供于半導(dǎo)體襯底上的光子晶體下部包覆層的光子裝置的制造方法_2

      文檔序號:9635282閱讀:來源:國知局
      質(zhì)材料以形成用于波導(dǎo)芯105的側(cè)及上部包覆層107。用于側(cè)及上部包覆層的電介質(zhì)材料可為具有低于硅的折射率且可為氧化物(舉例來說,二氧化硅)或氮化物、BPSG、PSG或者其它材料的任何材料。在一個實例中,光子裝置100具有包含結(jié)晶硅波導(dǎo)芯105、下部光子晶體包覆物103以及側(cè)及上部二氧化硅包覆物107的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
      [0025]圖3(A)到3(H)中展示用于形成光子晶體103及相關(guān)聯(lián)光子裝置100的替代過程。
      [0026]圖3(A)展示起始裸硅襯底101。圖3(B)展示形成于襯底101上方的經(jīng)圖案化掩模113。經(jīng)圖案化掩模113可由氮化硅形成。掩模113中的開口 120對應(yīng)于其中將形成光子晶體結(jié)構(gòu)103的元件109’的位置。如圖3(C)中所展示,使用氧化物(例如,二氧化硅)及接著二氧化硅到掩模113的頂部表面的CMP平面化來在開口 120中制作元件109’。接下來,如圖3(D)中所展示,選擇性地蝕刻掉掩模材料,從而留下從襯底101的上部表面向上延伸的元件109’。如圖3(E)中所展示,將結(jié)晶硅114’的外延層制作為在襯底101的上部表面上方且向上延伸超過元件109’的上部端的毯覆層。將使外延結(jié)晶硅114’形成到光子晶體結(jié)構(gòu)103上方的波導(dǎo)芯105中。
      [0027]圖3(F)是圖3(E)結(jié)構(gòu)的經(jīng)90°旋轉(zhuǎn)橫截面圖。如圖3(G)中所展示,接著將外延結(jié)晶硅層114’選擇性地蝕刻到硅襯底101的表面以形成波導(dǎo)芯105,波導(dǎo)芯105通過溝槽111與外延結(jié)晶硅的其它區(qū)114’分離,且在此之后,在經(jīng)蝕刻區(qū)中及波導(dǎo)芯105的上部表面上方形成側(cè)及上部包覆電介質(zhì)材料107。電介質(zhì)材料可為上文關(guān)于圖1(A)到1(C)及圖2(H)所論述的相同電介質(zhì)材料107,例如,參考圖2(H)所論述的二氧化硅或其它材料中的一者。此形成包含光子晶體103下部包覆物及環(huán)繞結(jié)晶硅波導(dǎo)芯105的二氧化硅(或其它材料)側(cè)及上部包覆物107的完成的波導(dǎo)100結(jié)構(gòu)。
      [0028]圖4圖解說明將光子裝置100集成于其上制作電子裝置及電路(例如,CMOS裝置及電路)的相同襯底101 (例如,硅襯底)上的實例。圖4的右側(cè)圖解說明包含圖1㈧實施例中所展示的光子晶體103下部包覆物、波導(dǎo)芯105以及側(cè)(未展示)及上部包覆物107的光子裝置。圖4的左側(cè)圖解說明M0SFET晶體管201的制作作為形成制作于裸硅襯底101上的電子電路的部分的電子裝置的實例。M0SFET晶體管201包含硅襯底101的上部區(qū)中的經(jīng)摻雜源極202及漏極204區(qū)域、襯底101中的圍繞晶體管201的電淺溝槽隔離(STI)區(qū)域205及控制電荷在源極202與漏極204區(qū)域之間的溝道中通過的柵極結(jié)構(gòu)206。電極207還展示為分別連接到源極202及漏極204區(qū)域。在此實例中,電極207的上部表面駐留于用于波導(dǎo)芯105的上部包覆物的相同電介質(zhì)層107的上部表面上。由于PSG及BPSG是在CMOS集成電路的制作中針對柵極隔離及層間電介質(zhì)金屬化通常使用的絕緣材料,因此可由這些材料形成側(cè)及上部包覆物107。
      [0029]雖然上文所描述的實施例利用裸硅襯底101,但使用絕緣體上硅(SOI)襯底的上部硅層作為其上形成光子晶體下部包覆物103及對應(yīng)波導(dǎo)的襯底而形成實施例也是可能的。此外,雖然已借助具有襯底101內(nèi)的周期性(a)或準(zhǔn)周期性布置的元件109、109’來描述光子晶體103,但可使用提供硅襯底101內(nèi)的足以提供低于波導(dǎo)芯105的材料的折射率的光子晶體103的平均折射率的無序程度的其它間隔。此外,雖然形成波導(dǎo)芯105的結(jié)晶外延層114、114’展示為非選擇性地生長,但替代地其還可選擇性地生長于波導(dǎo)芯105的所要橫截面形狀中。
      [0030]盡管上文已描述實例性實施例,但其并不限制本發(fā)明,這是因為可在不背離本發(fā)明的精神或范圍的情況下做出修改。因此,本發(fā)明并不受圖式及隨附說明限制,而僅受所附權(quán)利要求書的范圍限制。
      【主權(quán)項】
      1.一種集成式結(jié)構(gòu),其包括: 半導(dǎo)體襯底; 光學(xué)包覆物,其形成于所述襯底中,所述包覆物包括形成于所述襯底中的多個間隔開的材料區(qū) '及 波導(dǎo),其包括芯,所述芯形成于所述光學(xué)包覆物上方。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述材料區(qū)包括氧化物區(qū)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述氧化物材料區(qū)包括二氧化硅區(qū)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述芯包括半導(dǎo)體材料。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述材料區(qū)致使所述光學(xué)包覆物具有低于所述芯的折射率的平均折射率。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述波導(dǎo)進(jìn)一步包括所述芯的側(cè)及上部表面上的額外包覆物。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述額外包覆物包括氧化物材料。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述氧化物材料包括二氧化硅。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述額外包覆物包括BPSG或PSG。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述襯底包括裸硅,電介質(zhì)材料包括氧化物,且所述波導(dǎo)芯包括結(jié)晶硅。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述芯包括外延結(jié)晶硅。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述襯底包括裸硅,且所述波導(dǎo)芯包括形成于所述光學(xué)包覆物上的外延結(jié)晶硅。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述光學(xué)包覆物包括光子晶體。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述光子晶體包括一維光子晶體。15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述光子晶體包括二維光子晶體。16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述光子晶體包括三維光子晶體。17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述材料區(qū)在襯底中周期性地間隔開。18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述材料區(qū)在襯底中準(zhǔn)周期性地間隔開。19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述襯底包括穿過其厚度的硅。20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成式結(jié)構(gòu),其進(jìn)一步包括集成于所述半導(dǎo)體襯底上的電子裝置。21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述光學(xué)包覆物形成布拉格反射體。22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述波導(dǎo)芯具有高度(h)及寬度(w),其中(w)>3h023.根據(jù)權(quán)利要求22所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述光子晶體具有0.54um的平均周期(a)。24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的集成式結(jié)構(gòu),其中(h)大約等于3.3um。25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述波導(dǎo)具有圍繞約1310nm的中心波長±40nm的有效波長發(fā)射范圍。26.一種集成式結(jié)構(gòu),其包括: 光學(xué)波導(dǎo),其中所述光學(xué)波導(dǎo)包括形成為硅襯底內(nèi)的光子晶體的下部包覆物、由形成于所述下部包覆物上的外延結(jié)晶硅形成的芯及形成于所述芯的側(cè)上及上方的氧化物包覆物。27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述光子晶體是一維光子晶體。28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述光子晶體是二維光子晶體。29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述光子晶體是三維光子晶體。30.根據(jù)權(quán)利要求26所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述光子晶體包括所述硅襯底內(nèi)的間隔開的材料區(qū)。31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述材料區(qū)在所述硅襯底內(nèi)周期性地間隔開。32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述材料區(qū)在所述硅襯底內(nèi)準(zhǔn)周期性地間隔開。33.根據(jù)權(quán)利要求26所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述襯底包括貫穿其厚度的硅。34.根據(jù)權(quán)利要求26所述的集成式結(jié)構(gòu),其進(jìn)一步包括集成于所述襯底上的電子裝置。35.根據(jù)權(quán)利要求26所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述光子晶體包括在光通過光導(dǎo)的方向上的多個連續(xù)單元晶胞,從而提供所述單元晶胞的平均周期(a)。36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的集成式結(jié)構(gòu),其中(a)具有大約0.54um的值。37.根據(jù)權(quán)利要求26所述的集成式結(jié)構(gòu),其中所述光學(xué)波導(dǎo)具有橫截面寬度w及高度h,其中 w>3h038.—種形成集成式結(jié)構(gòu)的方法,其包括: 在硅襯底上形成光子晶體;及 在所述光子晶體上方形成具有波導(dǎo)的光子裝置,使得所述光子晶體用作所述波導(dǎo)的下部包覆物。39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法,其中所述硅襯底包括貫穿襯底厚度的硅。40.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法,其中所述波導(dǎo)包含波導(dǎo)芯且所述波導(dǎo)芯的材料包括結(jié)晶娃。41.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法,其中通過將間隔開的元件定位于硅層內(nèi)而形成所述光子晶體。42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法,其中由選自由氧化物、氮化物及金屬組成的群組的材料形成所述間隔開的元件。43.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法,其中所述光子晶體包括一維光子晶體。44.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法,其中所述光子晶體包括二維光子晶體。45.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法,其中所述光子晶體包括三維光子晶體。46.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法,其中將所述間隔開的元件周期性地間隔開。47.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法,其中將所述間隔開的元件準(zhǔn)周期性地間隔開。48.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法,其進(jìn)一步包括在所述硅襯底上形成電子裝置。
      【專利摘要】本發(fā)明提供一種可將例如波導(dǎo)的光子裝置或包含波導(dǎo)作為其結(jié)構(gòu)的部分的其它光子裝置與下伏襯底的塊體材料隔離的光學(xué)隔離結(jié)構(gòu)。所述光學(xué)隔離結(jié)構(gòu)還用作下部包覆物以用于對通過所述光子裝置的光的垂直局限。所述光學(xué)隔離結(jié)構(gòu)由制作于在其上方形成所述光子裝置的其余部分的襯底中的光子晶體形成。所述光子裝置包含具有通過光子晶體下部包覆層與所述襯底光學(xué)隔離的芯的波導(dǎo)。
      【IPC分類】H01L33/22
      【公開號】CN105393368
      【申請?zhí)枴緾N201480036559
      【發(fā)明人】尤瓦爾·薩阿杜
      【申請人】美光科技公司
      【公開日】2016年3月9日
      【申請日】2014年6月16日
      【公告號】EP3014666A1, US20150003775, WO2014209652A1
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