電介質(zhì)平板波導(dǎo)的硅界面的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明實(shí)施例涉及電介質(zhì)平板波導(dǎo)的硅界面。
【背景技術(shù)】
[0002]集成光波導(dǎo)通常用作集成光路中的組件，集成光路集成多種光子功能。集成光波導(dǎo)用于限制和引導(dǎo)光從集成芯片(1C)上的第一點(diǎn)至具有最小衰減的1C上的第二點(diǎn)。一般情況下，集成光波導(dǎo)向施加于可見光譜(例如，在約850nm和約1650nm之間)中的光波長上的信號(hào)提供功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種集成芯片，包括:層間介電(ILD)材料，設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上方；電介質(zhì)波導(dǎo)，設(shè)置在所述ILD材料內(nèi)并且所述電介質(zhì)波導(dǎo)的介電常數(shù)高于所述ILD材料的介電常數(shù)；第一耦合元件，配置為將由設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的第一電信號(hào)作為具有光的可見光譜以外的頻率的電磁輻射耦合至所述電介質(zhì)波導(dǎo)的第一端；以及第二耦合元件，配置為將所述電磁輻射從所述電介質(zhì)波導(dǎo)的第二端耦合至第二電信號(hào)。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，還提供了一種集成芯片，包括:層間介電(ILD)材料，設(shè)置在硅襯底上方；電介質(zhì)波導(dǎo)，設(shè)置在所述ILD材料內(nèi)并且具有矩形截面，并且所述電介質(zhì)波導(dǎo)的介電常數(shù)高于所述ILD材料的介電常數(shù)；第一金屬互連層，沿著所述電介質(zhì)波導(dǎo)的第一側(cè)設(shè)置，其中，所述第一金屬互連層具有第一下電極和空間分離的第二下電極，所述第一下電極耦合至第一接地端子，所述第二下電極耦合至第二接地端子；以及第二金屬互連層，沿著所述電介質(zhì)波導(dǎo)的第二側(cè)設(shè)置，其中，所述第二金屬互連層具有第一上電極和空間分離的第二上電極，所述第一上電極耦合至設(shè)置在所述硅襯底內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電路，所述第二上電極耦合至設(shè)置在所述硅襯底內(nèi)的接收電路。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，還提供了一種形成集成電介質(zhì)波導(dǎo)的方法，包括:提供包括驅(qū)動(dòng)電路和接收電路的硅襯底；在所述硅襯底上面的層間介電(ILD)材料內(nèi)形成電介質(zhì)波導(dǎo)；以及形成第一耦合元件和第二耦合元件，所述第一耦合元件和所述第二耦合元件分別配置為將第一電信號(hào)作為光的可見光譜以外的電磁輻射從所述驅(qū)動(dòng)電路耦合至所述電介質(zhì)波導(dǎo)和配置為將所述電磁輻射從所述電介質(zhì)波導(dǎo)耦合至第二電信號(hào)，將所述第二電信號(hào)提供至所述接收電路。
【附圖說明】
[0006]當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以更好地理解本發(fā)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，對(duì)各種部件沒有按比例繪制并且僅僅用于說明的目的。實(shí)際上，為了清楚討論起見，各種部件的尺寸可以被任意增大或縮小。
[0007]圖1A至圖1B示出了包括集成電介質(zhì)波導(dǎo)的集成芯片的一些實(shí)施例。
[0008]圖2示出了包括集成電介質(zhì)波導(dǎo)的集成芯片的截面圖的一些實(shí)施例。
[0009]圖3示出了包括具有一個(gè)或多個(gè)錐形過渡區(qū)的集成電介質(zhì)波導(dǎo)的集成芯片的頂視圖的一些實(shí)施例。
[0010]圖4示出了包括多個(gè)集成電介質(zhì)波導(dǎo)的集成芯片的頂視圖的一些實(shí)施例，集成電介質(zhì)波導(dǎo)配置為并行傳送電磁輻射。
[0011]圖5A至圖5B示出了包括設(shè)置在后段制程(BEOL)金屬化堆疊件內(nèi)的集成電介質(zhì)波導(dǎo)的集成芯片的一些實(shí)施例。
[0012]圖6示出了形成包括集成電介質(zhì)波導(dǎo)的集成芯片的方法的一些實(shí)施例的流程圖。
[0013]圖7示出了形成包括集成電介質(zhì)波導(dǎo)的集成芯片的方法的一些實(shí)施例的流程圖，集成電介質(zhì)波導(dǎo)設(shè)置在BEOL金屬化堆疊件內(nèi)。
[0014]圖8至圖13示出了形成包括集成電介質(zhì)波導(dǎo)的集成芯片的方法的截面圖的一些實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下公開內(nèi)容提供了許多用于實(shí)現(xiàn)所提供主題的不同特征的不同實(shí)施例或?qū)嵗?。下面描述了組件和布置的具體實(shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實(shí)例，而不旨在限制本發(fā)明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件形成為直接接觸的實(shí)施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成額外的部件，從而使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實(shí)施例。此外，本發(fā)明可在各個(gè)實(shí)例中重復(fù)參考標(biāo)號(hào)和/或字母。該重復(fù)是為了簡(jiǎn)單和清楚的目的，并且其本身不指示所討論的各個(gè)實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。
[0016]而且，為便于描述，在此可以使用諸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等的空間相對(duì)術(shù)語，以便于描述如圖所示的一個(gè)元件或部件與另一個(gè)(或另一些)元件或部件的關(guān)系。除了圖中所示的方位外，空間相對(duì)術(shù)語旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。裝置可以以其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位上)，而在此使用的空間相對(duì)描述符可以同樣地作相應(yīng)的解釋。
[0017]集成光波導(dǎo)通常用于集成光路中。一般而言，集成光波導(dǎo)由具有高介電常數(shù)的光學(xué)介質(zhì)(即，核心)構(gòu)成，集成光波導(dǎo)由具有較低介電常數(shù)的介質(zhì)圍繞。由于核心和周圍的介質(zhì)之間的介電常數(shù)的差異，注入到集成光波導(dǎo)的一端內(nèi)的可見光(例如，使用透鏡、光柵耦合器或棱鏡耦合器)經(jīng)由全內(nèi)反射沿著波導(dǎo)的長度導(dǎo)波。
[0018]因?yàn)榧晒獠▽?dǎo)限制于傳輸電磁波譜的可見波段中的電磁輻射(例如，具有約115數(shù)量級(jí)的頻率)，它們面對(duì)大量缺陷。例如，由于硅不是產(chǎn)生光子的直接帶隙半導(dǎo)體材料，所以集成光波導(dǎo)不能與設(shè)置在硅襯底內(nèi)的電路直接作用。此外，可以通過集成光波導(dǎo)傳輸?shù)膸捠艿较拗?。由于這些缺陷，通常使用金屬傳輸線而不是集成光波導(dǎo)將數(shù)據(jù)傳遞至硅襯底上。然而，高頻率金屬傳輸線在較大距離上經(jīng)歷高損耗率。
[0019]因此，本發(fā)明涉及包括耦合元件的集成芯片，耦合元件配置為將具有來自硅襯底的可見光譜以外的頻率的電磁福射親合至娃襯底上面的集成電介質(zhì)波導(dǎo)內(nèi)。在一些實(shí)施例中，該集成芯片包括設(shè)置在在半導(dǎo)體襯底上面的層間介電(ILD)材料內(nèi)的電介質(zhì)波導(dǎo)。第一耦合元件配置為將通過設(shè)置在半導(dǎo)體襯底內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的第一電信號(hào)作為具有可見光譜以外的頻率的電磁輻射耦合至電介質(zhì)波導(dǎo)的第一端。第二耦合元件配置為將來自電介質(zhì)波導(dǎo)的第二端的電磁輻射耦合至第二電信號(hào)。通過將具有可見光譜以外的頻率的電磁輻射耦合至電介質(zhì)波導(dǎo)和從電介質(zhì)波導(dǎo)耦合具有可見光譜以外的頻率的電磁輻射，所公開的集成芯片能夠克服集成光波導(dǎo)的大量缺陷。
[0020]圖1A示出了包括集成電介質(zhì)波導(dǎo)的集成芯片100的截面圖的框圖的一些實(shí)施例。
[0021]集成芯片100包括半導(dǎo)體襯底102。在各個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底102可以包括任何類型的半導(dǎo)體主體，諸如半導(dǎo)體晶圓或位于晶圓上的一個(gè)或多個(gè)管芯，以及任何其他類型的半導(dǎo)體和/或形成在半導(dǎo)體上的外延層和/或以其他方式與半導(dǎo)體襯底相關(guān)的外延層。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底102可以包括間接帶隙材料，諸如硅。
[0022]層間介電(ILD)材料104設(shè)置在半導(dǎo)體襯底102上方。在不同的實(shí)施例中，ILD材料104可以包括一個(gè)或多個(gè)介電層。例如，ILD材料104可以包括一個(gè)或多個(gè)低k介電層、超低k(ULK)介電層和/或二氧化硅(Si02)層。電介質(zhì)波導(dǎo)106設(shè)置在ILD材料104內(nèi)。電介質(zhì)波導(dǎo)106包括具有比周圍的ILD材料104的介電常數(shù)更大的介電常數(shù)(即，電容率)的介電材料。
[0023]驅(qū)動(dòng)電路108和接收電路110設(shè)置在半導(dǎo)體襯底102內(nèi)。驅(qū)動(dòng)電路108經(jīng)由第一互連件(例如，傳輸線)112耦合到第一耦合元件114。驅(qū)動(dòng)電路108被配置為產(chǎn)生第一電信號(hào)，第一電信號(hào)作為電磁輻射經(jīng)由第一耦合元件114耦合到電介質(zhì)波導(dǎo)106內(nèi)。在一些實(shí)施例中，第一耦合元件114可以包括金屬耦合元件(例如，金屬傳輸線或微帶線)。在一些實(shí)施例中，該電磁輻射將具有可見光譜以外的頻率。
[0024]電介質(zhì)波導(dǎo)106配置為沿著電介質(zhì)波導(dǎo)106的長度將電磁輻射傳送至第二耦合元件118。第二耦合元件118配置為從電介質(zhì)波導(dǎo)106耦合電磁輻射作為第二電信號(hào)，該第二電信號(hào)經(jīng)由第二互連件116(例如，傳輸線)提供至接收電路110。在一些實(shí)施例中，第二耦合元件118可以包括金屬耦合元件(例如，金屬傳輸線或微帶線)。通過使用第一耦合元件114和第二耦合元件118以將信號(hào)耦合至電介質(zhì)波導(dǎo)106內(nèi)和外，集成芯片100能夠在很寬的頻率范圍內(nèi)傳輸電磁輻射，從而使電介質(zhì)波導(dǎo)106能夠用于在包括直接和間接帶隙材料的襯底上方傳遞數(shù)據(jù)信號(hào)。
[0025]圖1B示出了包括集成電介質(zhì)波導(dǎo)的集成芯片的三維視圖120的一些實(shí)施例。
[0026]如