本實(shí)用新型的實(shí)施方式和實(shí)施例的模式涉及光子集成電路，特別地涉及包括不同波導(dǎo)的光子集成電路，以及最特別地涉及用于將這些不同波導(dǎo)相互耦合的裝置。

背景技術(shù)：

常規(guī)地，在兩個(gè)波導(dǎo)之間的接合區(qū)域中，例如在肋條波導(dǎo)和條帶波導(dǎo)之間，肋條波導(dǎo)的板片逐步減小，直至其與條帶波導(dǎo)的肋條相同寬度。

如圖1和圖2中所示，該接合類(lèi)型可以常規(guī)地經(jīng)由部分地刻蝕硅膜1的第一操作而制造，使用第一掩模M1(圖1)實(shí)現(xiàn)刻蝕操作，并且刻蝕操作允許刻蝕界定了肋條波導(dǎo)的板片和肋條、并且特別地界定其寬度逐步減小的第一波導(dǎo)的板片的第一區(qū)域2。

使用第二掩模M2(圖2)實(shí)現(xiàn)的、第二刻蝕操作允許界定條帶波導(dǎo)，以及允許完全刻蝕位于兩個(gè)波導(dǎo)任一側(cè)上的絕緣層的區(qū)域3。

然而，當(dāng)執(zhí)行兩個(gè)刻蝕操作時(shí)，可能在兩個(gè)掩模之間發(fā)生對(duì)準(zhǔn)誤差，例如沿著橫軸線(xiàn)X的、可以潛在地超過(guò)30納米的偏移。

對(duì)于常規(guī)寬度(也即數(shù)百納米)的條帶波導(dǎo)而言，這些偏移在兩個(gè)波導(dǎo)之間導(dǎo)致斷裂或障壁，從而引起光學(xué)信號(hào)的顯著衰減或寄生反射。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提出了一種在兩個(gè)波導(dǎo)之間的接合區(qū)域并且其制造方法對(duì)于對(duì)準(zhǔn)誤差是穩(wěn)健的，兩個(gè)波導(dǎo)展現(xiàn)了大大減小了或甚至不存在的斷裂。

根據(jù)一個(gè)方面，提出了一種光子集成裝置，包括半導(dǎo)體襯底。半導(dǎo)體襯底包括第一側(cè)部區(qū)域、第二側(cè)部區(qū)域、中央?yún)^(qū)域、位于第一側(cè)部區(qū)域和中央?yún)^(qū)域之間的第一中間區(qū)域、位于第二側(cè)部區(qū)域和中央?yún)^(qū)域之間的第二中間區(qū)域。

襯底至少包括：包括在第一側(cè)部區(qū)域中的一部分的第一波導(dǎo)，以及包括在第二側(cè)部區(qū)域中的一部分的第二波導(dǎo)，兩個(gè)波導(dǎo)由接合區(qū)域相互耦合。接合區(qū)域包括位于中央?yún)^(qū)域中的中央接合區(qū)域、第一中間接合區(qū)域和第二中間接合區(qū)域。第一中間接合區(qū)域和第二中間接合區(qū)域分別延伸至第一中間區(qū)域和第二中間區(qū)域中并同時(shí)逐漸變寬，以便于接觸中央接合區(qū)域而以便于形成突節(jié)。

因此，突節(jié)有利地允許光學(xué)信號(hào)從一個(gè)波導(dǎo)傳遞至另一個(gè)波導(dǎo),而同時(shí)依靠波導(dǎo)寬度的逐漸變化將光波維持在它們的基諧模式(fundamental mode)中，并且同時(shí)減小損耗和寄生反射的效應(yīng)。用于制造該接合區(qū)域的方法也是有利的，如以下將描述。

至少第一波導(dǎo)包括在第二部分上制造的第一部分，第二部分比至少第一波導(dǎo)的第一部分更寬。另外，第一波導(dǎo)可以是肋條波導(dǎo)。

接合區(qū)域包括所述第二部分的一部分，從第一側(cè)部區(qū)域延伸至第一中間區(qū)域中并且至中央?yún)^(qū)域的一部分中，而同時(shí)逐漸變窄直至達(dá)到中央接合區(qū)域的寬度。

因此，在中央?yún)^(qū)域中，保持在波導(dǎo)的中部中的光學(xué)信號(hào)不再受界定了波導(dǎo)邊緣的界面的影響。因此，如果在該區(qū)域中發(fā)生波導(dǎo)形式的改變，將不會(huì)發(fā)生反射或信號(hào)損失。

根據(jù)該方面的第一實(shí)施例，第二波導(dǎo)也可以包括在第二部分上制造的第一部分，第二部分比第二波導(dǎo)的第一部分更寬，并且接合區(qū)域額外地包括所述第二部分的一部分，從第二側(cè)部區(qū)域延伸至第二中間區(qū)域中并且至中央?yún)^(qū)域的一部分中，而同時(shí)逐漸變窄直至到達(dá)中央接合區(qū)域的寬度。

另外，第一波導(dǎo)和第二波導(dǎo)是肋條波導(dǎo)。

第一中間區(qū)域和第二中間區(qū)域的長(zhǎng)度可以不同。

接合區(qū)域的總長(zhǎng)度可以有利地小于或等于三十五微米。

根據(jù)另一方面，提出了一種用于制造光子集成裝置的方法，光子集成裝置包括由接合區(qū)域相互連接的兩個(gè)波導(dǎo)，方法包括刻蝕半導(dǎo)體襯底的兩個(gè)連續(xù)操作。

根據(jù)該另一方面的總體特征，除了由第一掩模掩蔽的第一區(qū)域之外，第一刻蝕操作包括部分刻蝕襯底，以及除了仍然由第一掩模掩蔽的第一區(qū)域之外，第二刻蝕操作包括完全刻蝕襯底，以及由第二掩模掩蔽的第二區(qū)域之外，第一刻蝕操作和第二刻蝕操作在襯底中限定了突節(jié)。

第一掩?？梢岳绯Ｒ?guī)地是氧化硅、氮化硅、非晶碳、或氮化鈦的硬掩模，以及第二掩?？梢猿Ｒ?guī)地是抗蝕劑掩模。

根據(jù)實(shí)施方式的第一模式，襯底包括：第一側(cè)部區(qū)域，第二側(cè)部區(qū)域，中央?yún)^(qū)域，位于第一側(cè)部區(qū)域和中央?yún)^(qū)域之間的第一中間區(qū)域，以及位于第二側(cè)部區(qū)域和中央?yún)^(qū)域之間的第二中間區(qū)域，以及第一掩模包括位于第一側(cè)部區(qū)域中的第一部分，位于第二側(cè)部區(qū)域中的第二部分，位于中央?yún)^(qū)域中的中央掩模區(qū)域，分別延伸至第一和第二中間區(qū)域中而同時(shí)逐漸變寬以便于接觸中央掩模區(qū)域的第一中間掩模區(qū)域和第二中間掩模區(qū)域，以及第二掩模包括恒定寬度的矩形掩模區(qū)域，以及延伸至第一中間區(qū)域中并至襯底的中央?yún)^(qū)域的一部分中而同時(shí)變窄的第二中間掩模區(qū)域。

因此，第二掩模具有位于第一掩模的突節(jié)之上的窄端部，由此有利地在兩個(gè)掩模對(duì)準(zhǔn)不佳的情形中提供了更寬的誤差容限。

優(yōu)選地，放置第二掩模以便于在中間掩模區(qū)域的端部與第一掩模的中央?yún)^(qū)域的邊緣之間留下大于三十五納米的容限。

因此，第一掩?；蛴惭谀＝o予裝置自對(duì)準(zhǔn)特性，因?yàn)樵诘诙涛g操作期間其保持在合適位置，而同時(shí)保護(hù)了兩個(gè)波導(dǎo)的第一部分或肋條以及中央?yún)^(qū)域。

根據(jù)實(shí)施方式的一個(gè)模式，第二刻蝕操作包括完全刻蝕襯底，除了由第三掩模掩蔽的第三區(qū)域之外，第三掩蔽區(qū)域類(lèi)似于第二掩蔽區(qū)域并且相對(duì)于后者定位為鏡像圖像。

附圖說(shuō)明

審閱全部非限定實(shí)施方式和實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明書(shū)以及附圖將使得本實(shí)用新型的其他優(yōu)點(diǎn)和特征變得明顯，其中：

圖1和圖2如上所述示出了現(xiàn)有技術(shù)；

圖3至圖7示出了本實(shí)用新型的實(shí)施方式和實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

圖3和圖4示出了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施方式的刻蝕方法?？涛g方法允許在半導(dǎo)體襯底4(在該情形中為硅膜)中所制造的兩個(gè)波導(dǎo)G1和G2之間形成接合區(qū)域JCN。在該情形中第一波導(dǎo)G1例如是肋條波導(dǎo)，以及第二波導(dǎo)G2是條帶波導(dǎo)。

硅膜4可以常規(guī)地制造在掩埋絕緣層上，掩埋絕緣層自身制造在載體襯底上。另外，隨后采用絕緣體上硅(SOI)技術(shù)。硅膜4的厚度在該情形中是三百納米。

刻蝕操作包括制造例如氮化硅的硬掩模的第一掩模M3，以及例如抗蝕劑掩模的第二掩模M4，抗蝕劑掩模常規(guī)地允許在刻蝕期間保留材料的某些區(qū)域。

初始地，氮化物層在硅膜頂上，抗蝕劑層在氮化物層自身頂上。這兩個(gè)層允許制造第一掩模M3。

在第一步驟中(圖3)，在硅膜4的頂部上制造第一掩模M3。

第一掩模M3經(jīng)由刻蝕抗蝕劑層隨后刻蝕氮化物層以便于覆蓋硅膜4的第一掩蔽區(qū)域5的常規(guī)方法而制造。在制造第一掩模M3的工藝結(jié)束處，已經(jīng)刻蝕或去除整個(gè)抗蝕劑層，并且僅留下氮化物層的未刻蝕部分，在該情形中形成了第一掩模M3或硬掩模。

第一掩模M3包括兩個(gè)掩模部分51和52(在該情形中為矩形)，寬度(沿著橫向方向X測(cè)量)分別為三百五十和四百納米，并且均分別位于硅膜4的第一側(cè)部區(qū)域40上和第二側(cè)部區(qū)域41上。

側(cè)部區(qū)域沿著第一方向Y延伸(例如縱向方向)，其正交于第二方向X，例如橫向方向。

兩個(gè)矩形掩模部分51和52分別延伸至第一中間區(qū)域42中和至硅膜的第二中間區(qū)域43上，而同時(shí)形成兩個(gè)中間掩模區(qū)域53和54，兩個(gè)中間掩模區(qū)域53和54沿硅膜4的中央?yún)^(qū)域44的方向逐漸變寬，直至接觸中央?yún)^(qū)域44，而此時(shí)形成了寬度為一千二百納米的中央掩模區(qū)域55。

在該示例中例如，中間掩模區(qū)域53和54均具有一百微米的長(zhǎng)度。

隨后，借助于該第一氮化物掩模M3，部分地刻蝕硅膜4。根據(jù)本質(zhì)上已知的常規(guī)方法執(zhí)行刻蝕操作。執(zhí)行刻蝕操作，以便于刻蝕在硅膜4的并未被氮化物掩模M3覆蓋的區(qū)域中一部分。在該情形中，硅被部分地刻蝕至一百五十納米的深度。

在第二步驟中(圖4)，第二掩模M4放置在之前刻蝕過(guò)的硅膜4的頂部上，在第一掩模M3上，以便于覆蓋半導(dǎo)體薄膜4的第二區(qū)域6。

為此，沉積新的抗蝕劑層以便于完全覆蓋硅膜以及第一氮化物掩模M3。

隨后，經(jīng)由刻蝕新抗蝕劑層的常規(guī)方法制造第二掩模M4，從而新抗蝕劑層的未刻蝕部分形成了第二抗蝕劑掩模M4，并且覆蓋了硅膜4與第一氮化物掩模M3的多層的第二掩蔽區(qū)域6。

第二抗蝕劑掩模M4包括矩形掩模區(qū)域60，矩形掩模區(qū)域60延伸至側(cè)部區(qū)域40中并且在硅膜4的第一中間區(qū)域42的一部分之上，并且在該情形中其寬度是四微米。

矩形區(qū)域60延伸至第一中間區(qū)域42中并且在硅膜的中央?yún)^(qū)域44的一部分之上，并形成了逐漸變窄的第二中間掩模區(qū)域61，直至在其端部62處達(dá)到例如六百納米的寬度。

第二掩模M4的端部62遠(yuǎn)遠(yuǎn)窄于之前由第一掩模M3形成并且仍然由第一氮化物掩模M3或硬掩模保護(hù)的中央?yún)^(qū)域55，在中央掩模區(qū)域55的邊界與第二掩模M4的端部62之間存在三百納米的邊緣。

因此，在兩個(gè)掩模之間的對(duì)準(zhǔn)誤差，例如沿著軸線(xiàn)X的數(shù)十納米的對(duì)準(zhǔn)誤差，將不會(huì)導(dǎo)致在硅中形成斷裂或障壁。

硅膜隨后被完全刻蝕，以使得完全刻蝕了并未被第一氮化物掩模M3保護(hù)的區(qū)域，以及并未被第二抗蝕劑掩模M4保護(hù)的區(qū)域。

接著，經(jīng)由常規(guī)方法移除第一氮化物掩模M3和第二抗蝕劑掩模M4。

因此獲得了如圖5中所示以及如下所述的裝置。

圖5示出了光子集成裝置的第一實(shí)施例，包括由接合區(qū)域JCN連接的兩個(gè)波導(dǎo)G1和G2。

第一波導(dǎo)1延伸進(jìn)入硅膜的第一側(cè)部區(qū)域40中，并且包括第一底部部分或板片7，其厚度為一百五十納米并且其寬度為四微米。位于其上的是寬度為三百六十納米的第二頂部部分或肋條8。根據(jù)所選擇的波長(zhǎng)和目標(biāo)電路的尺寸，該寬度可以從300納米變化至450納米。

第二波導(dǎo)G2延伸至硅膜的第二側(cè)部區(qū)域41中并且包括等同寬度的頂部部分90和底部部分91。因此常規(guī)地考慮，第二波導(dǎo)G2包括四百納米寬的單個(gè)條帶9。根據(jù)所選擇的波長(zhǎng)和目標(biāo)電路的尺寸，該寬度可以從300納米改變至500納米。

接合區(qū)域JCN包括第一中間接合區(qū)域80和第二中間接合區(qū)域92，其分別包括第一波導(dǎo)G1的肋條8的一部分以及第二波導(dǎo)G2的條帶9的一部分，這兩部分分別延伸至硅膜的中間區(qū)域42和43中，而同時(shí)逐漸變寬，直至它們?cè)诖私雍系墓枘さ闹醒雲(yún)^(qū)域44，同時(shí)形成了長(zhǎng)十微米且寬一千二百納米的矩形中央接合區(qū)域10。該寬度是常規(guī)的，并且可以大于1300納米。中央接合區(qū)域10的最大寬度取決于部件的緊湊性。

接合區(qū)域JCN也包括第一波導(dǎo)G1的底部部分7的一部分，其延伸至硅膜的中間區(qū)域42中并至中央?yún)^(qū)域中，并且寬度減小直至達(dá)到中央接合區(qū)域10的寬度。

因此，兩個(gè)波導(dǎo)G1和G2之間的接合區(qū)域JCN包括突節(jié)R。該突節(jié)特別地是如上所述更穩(wěn)健制造方法的結(jié)果，允許基本上限制由于兩個(gè)掩模M3和M4之間潛在未對(duì)準(zhǔn)而引起的斷裂。

額外地，即使方法在接合區(qū)域JCN的邊緣上產(chǎn)生斷裂，突節(jié)R對(duì)于光信號(hào)足夠?qū)挘瑥亩试S光信號(hào)足夠遠(yuǎn)離邊緣地穿過(guò)并且因此有利地不受這些斷裂影響。

在硅膜的中間區(qū)域42和43中寬度的逐漸改變也允許當(dāng)穿過(guò)接合JCN時(shí)將光波維持在其基諧模式下。

應(yīng)該注意，在此展示的實(shí)施例完全是非限定性的。特別地，盡管已經(jīng)描述了不同類(lèi)型兩個(gè)波導(dǎo)之間接合區(qū)域JCN，應(yīng)該完全可想到在相同類(lèi)型但是具有不同特性的兩個(gè)波導(dǎo)之間制造接合區(qū)域。

因此，圖6示出了光子裝置的實(shí)施例，其包括由接合區(qū)域JCN2連接的兩個(gè)肋條波導(dǎo)G3和G4。

第一肋條波導(dǎo)G3包括頂部部分11，厚度一百五十納米且寬度三百二十納米，制造在厚度一百五十納米的底部部分12上。

第二肋條波導(dǎo)G4包括厚度五十納米的底部部分13，以及厚度二百五十納米且寬度四百納米的頂部部分14。

也可以想到在不同尺寸的兩個(gè)條帶波導(dǎo)之間具有接合。

圖7示出了包括根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的裝置的系統(tǒng)。系統(tǒng)SYS在該情形中是有源光纖，常規(guī)地包括兩個(gè)光學(xué)收發(fā)器TRO1和TRO2，包括諸如以上所述和圖3至圖6中所示的裝置，耦合至光纖FO。

該系統(tǒng)常規(guī)地設(shè)計(jì)用于連接計(jì)算機(jī)設(shè)備的兩個(gè)項(xiàng)目，例如計(jì)算機(jī)、路由器或開(kāi)關(guān)，并且改進(jìn)了通信性能。

盡管已經(jīng)在此展示了在約兩百一十微米長(zhǎng)度上延伸的接合，完全可能并有利的是制造更小的接合區(qū)域，借由非限定性示例的方式，延伸在小于三十五微米的長(zhǎng)度上，其中例如硅膜的第一中間區(qū)域測(cè)量約十微米，硅膜的第二中間區(qū)域測(cè)量約二十微米，以及硅膜的中央?yún)^(qū)域測(cè)量約1微米。

額外地，盡管已經(jīng)在此展示了八邊形形式的突節(jié)R，完全可想到的是制造不包括邊緣的突節(jié)R，也即例如采取圓化形式。中央接合區(qū)域10將不是恒定寬度。