用于形成耦合结构的方法、耦合结构和光芯片与流程

本申请涉及光芯片领域，更具体地涉及用于形成耦合结构的方法、耦合结构和光芯片。

背景技术：

1、光芯片在通信、传感等领域已发挥重要作用，成为后摩尔时代最重要的集成化解决方案之一。波导是光芯片最基本的组成单元。为了提高集成度，一般光芯片所使用的材料如硅、氮化硅、薄膜铌酸锂等均具有较高的折射率，因此，光芯片的波导模场较小，一般在百纳米量级。

2、光芯片在应用中与外界系统或其他芯片进行互连，这种互连绝大多数使用的是光纤。普通单模光纤的模场直径约为9μm，与芯片波导模场差异非常大，很难做到高效率耦合。一般与芯片耦合采用特殊的小模场光纤，模场直径在3μm左右，与芯片波导模场仍然存在一定差距。因此，如何实现高效的光芯片-波导耦合，进行光芯片关键接口的连接，提高芯片集成度和功能性，成为光芯片领域的重要挑战。

3、光纤-芯片耦合的难度主要在于对准、效率和带宽等方面。为了解决这些问题，已经有诸多技术方案被提出。其中，倒锥(inversed taper)结构具有易于规模化、支持大带宽、对准精度要求较低等诸多优势，因此被广泛采用。倒锥结构在水平方向逐渐收窄，达到放大模场的效果。然而，普通的倒锥结构高度方向无法变化，因此在垂直维度不能放大模场。

技术实现思路

1、以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

2、为了解决上述问题，本申请的示例性实施例提供了一种用于形成耦合结构的方法，所述耦合结构具有第一区域以及邻接所述第一区域的第二区域，所述方法包括：提供衬底和位于所述衬底上的器件层，所述器件层在所述第二区域中包括波导；在所述第二区域中形成有机材料层，所述有机材料层覆盖所述波导；形成硬掩模层，所述硬掩模层覆盖所述有机材料层以及位于所述第一区域的器件层；去除所述有机材料层和覆盖所述有机材料层的硬掩模层；对暴露的波导进行化学机械抛光，以将所述暴露的波导形成为具有逐渐变小的高度；以及去除位于所述第一区域的器件层上的硬掩模层。

3、较佳地，在提供步骤中，所述波导具有一维渐缩形状，并且在对暴露的波导进行化学机械抛光之后，所述暴露的波导具有二维渐缩形状。

4、较佳地，具有所述一维渐缩形状的波导在邻接所述第一区域侧具有第一宽度且在远离所述第一区域侧具有小于所述第一宽度的第二宽度，并且具有均匀的高度。

5、较佳地，位于所述第一区域的器件层的宽度大于或等于所述第一宽度。

6、较佳地，具有所述二维渐缩形状的器件层在邻接所述第一区域侧具有第一高度并且在所述衬底的边缘处具有小于第一高度的第二高度。

7、较佳地，位于所述第一区域的器件层的高度等于所述第一高度。

8、较佳地，位于所述第一区域的器件层包括波导和/或光芯片结构层。

9、较佳地，通过将抛光垫抵靠在所述硬掩模层上并且使抛光流体充满所述抛光垫与所述暴露的波导之间的空间来进行所述化学机械抛光。

10、较佳地，所述器件层包括多个相邻的光芯片结构以及相应的多个耦入波导和多个耦出波导，其中每个光芯片结构的耦入波导和耦出波导位于其两侧。

11、较佳地，所述多个相邻的光芯片结构位于所述第一区域中，所述多个耦入波导和所述多个耦出波导位于所述第二区域中，其中对暴露的波导进行化学机械抛光的步骤包括同时对每一个耦入波导和每一个耦出波导进行所述化学机械抛光。

12、较佳地，所述方法还包括：对所述衬底和位于所述衬底上的器件层进行切割以分离出单个光芯片结构及其耦入波导和耦出波导。

13、根据本申请的另一示例性实施例，提供了一种耦合结构，所述耦合结构包括衬底和位于所述衬底上的器件层，所述耦合结构具有第一区域以及邻接所述第一区域的第二区域，其中所述器件层在所述第二区域中包括波导，所述波导具有逐渐变小的高度。

14、较佳地，所述波导在邻接所述第一区域侧具有第一宽度且在远离所述第一区域侧具有小于所述第一宽度的第二宽度。

15、较佳地，位于所述第一区域的器件层的宽度大于或等于所述第一宽度。

16、较佳地，所述波导在邻接所述第一区域侧具有第一高度并且在远离所述第一区域侧具有小于第一高度的第二高度。

17、较佳地，位于所述第一区域的器件层的高度等于所述第一高度。

18、根据本申请的又一示例性实施例，提供了一种光芯片，封装有或包括如上所述的耦合结构。

19、较佳地，所述光芯片通过所述耦合结构耦合至光纤。

20、通过下面的详细描述、附图以及权利要求，其他特征和方面会变得清楚。

技术特征：

1.一种用于形成耦合结构的方法，所述耦合结构具有第一区域以及邻接所述第一区域的第二区域，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在提供步骤中，所述波导具有一维渐缩形状，并且在对暴露的波导进行化学机械抛光之后，所述暴露的波导具有二维渐缩形状。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，具有所述一维渐缩形状的波导在邻接所述第一区域侧具有第一宽度且在远离所述第一区域侧具有小于所述第一宽度的第二宽度，并且具有均匀的高度。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，位于所述第一区域的器件层的宽度大于或等于所述第一宽度。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，具有所述二维渐缩形状的器件层在邻接所述第一区域侧具有第一高度并且在所述衬底的边缘处具有小于第一高度的第二高度。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，位于所述第一区域的器件层的高度等于所述第一高度。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，位于所述第一区域的器件层包括波导和/或光芯片结构层。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过将抛光垫抵靠在所述硬掩模层上并且使抛光流体充满所述抛光垫与所述暴露的波导之间的空间来进行所述化学机械抛光。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述器件层包括多个相邻的光芯片结构以及相应的多个耦入波导和多个耦出波导，其中每个光芯片结构的耦入波导和耦出波导位于其两侧。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述多个相邻的光芯片结构位于所述第一区域中，所述多个耦入波导和所述多个耦出波导位于所述第二区域中，其中对暴露的波导进行化学机械抛光的步骤包括同时对每一个耦入波导和每一个耦出波导进行所述化学机械抛光。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：对所述衬底和位于所述衬底上的器件层进行切割以分离出单个光芯片结构及其耦入波导和耦出波导。

12.一种耦合结构，所述耦合结构包括衬底和位于所述衬底上的器件层，所述耦合结构具有第一区域以及邻接所述第一区域的第二区域，其中所述器件层在所述第二区域中包括波导，所述波导具有逐渐变小的高度。

13.如权利要求12所述的耦合结构，其特征在于，所述波导在邻接所述第一区域侧具有第一宽度且在远离所述第一区域侧具有小于所述第一宽度的第二宽度。

14.如权利要求13所述的耦合结构，其特征在于，位于所述第一区域的器件层的宽度大于或等于所述第一宽度。

15.如权利要求12所述的耦合结构，其特征在于，所述波导在邻接所述第一区域侧具有第一高度并且在远离所述第一区域侧具有小于第一高度的第二高度。

16.如权利要求15所述的耦合结构，其特征在于，位于所述第一区域的器件层的高度等于所述第一高度。

17.一种光芯片，封装有或包括如权利要求12至16中任一项所述的耦合结构。

18.如权利要求17所述的光芯片，其特征在于，所述光芯片通过所述耦合结构耦合至光纤。

技术总结本申请涉及用于形成耦合结构的方法、耦合结构和光芯片。耦合结构具有第一区域以及邻接第一区域的第二区域。该方法包括：提供衬底和位于衬底上的器件层，器件层在第二区域中包括波导；在第二区域中形成有机材料层，有机材料层覆盖波导；形成硬掩模层，硬掩模层覆盖有机材料层以及位于第一区域的器件层；去除有机材料层和覆盖有机材料层的硬掩模层；对暴露的波导进行化学机械抛光，以将暴露的波导形成为具有逐渐变小的高度；以及去除位于第一区域的器件层上的硬掩模层。技术研发人员：储蔚,杨丰赫受保护的技术使用者：张江国家实验室技术研发日：技术公布日：2024/5/19