用于光子集成电路的扩大的多层氮化物波导的制作方法

本公开涉及光子集成电路(pic)，更具体地说，涉及具有扩大的多层氮化物波导的结构，该扩大的多层氮化物波导具有至少位于波导的下表面上的折射率低于波导中的氮化物体的包覆层。

背景技术：

1、波导被用在pic中以在必要时引导光信号。例如，波导可以由诸如硅的半导体材料或诸如氮化硅的氮化物材料制成。波导在竖直方向上做得相对较短，例如小于300纳米厚，以便与例如互补金属氧化物半导体(cmos)晶体管器件的其他集成电路器件集成。硅波导通常与其他硅有源区一起被制作在层中，而氮化物波导被制作在位于硅层上方的层中。某些波导中的传播损耗对于许多应用来说可能太高。减少传播损耗的一种方法是扩大波导。例如具有大于500纳米的厚度的较大的波导已经通过将它们延伸到绝缘体上半导体(soi)衬底的掩埋绝缘体层中而应用于单片的pic平台。然而，较大的波导仍然表现出不如人意的传播损耗，特别是在氮化物波导和单模光纤之间的传播损耗。

技术实现思路

1、本公开的一些方面涉及一种结构，其包括：层间电介质ild层，其位于衬底上方；以及第一多层氮化物波导，其位于所述衬底的第一区域中的所述ild层中，所述第一多层氮化物波导包括：第一氮化物体；以及第一包覆层，其至少位于所述第一氮化物体的下表面上，其中，所述第一包覆层具有比所述第一氮化物体低的折射率。

2、本公开的其他方面包括一种结构，其包括：绝缘体上半导体soi衬底，其包括位于半导体衬底上方的掩埋绝缘体层上方的绝缘体上半导体soi层；层间电介质ild层，其位于所述soi衬底上方；第一多层氮化物波导，其位于所述soi衬底的第一区域中的所述ild层中，所述第一多层氮化物波导包括第一氮化物体和至少位于所述第一氮化物体的下表面上的第一包覆层，其中，所述第一包覆层具有比所述第一氮化物体低的折射率；以及第二多层氮化物波导，其位于所述soi衬底的所述第一区域中的所述ild层中，其中，所述第一多层氮化物波导和所述第二多层氮化物波导彼此光学侧面耦合，所述第二多层氮化物波导包括第二氮化物体和至少位于所述第二氮化物体的下表面上的所述第一包覆层，其中，所述第一包覆层具有比所述第二氮化物体低的折射率。

3、本公开的另外一些方面涉及一种形成波导结构的方法，所述方法包括：在衬底的第一区域中形成穿过层间电介质ild层的在所述ild层下方的沟槽；在所述沟槽内并且在所述ild层上方形成第一包覆层和位于所述第一包覆层上方的氮化物层；平面化所述氮化物层的上表面；通过对所述沟槽内的所述第一包覆层和所述氮化物层进行图案化以形成下方具有所述第一包覆层的第一氮化物体，来形成第一多层氮化物波导，其中，所述第一包覆层具有比所述第一氮化物体低的折射率。

4、通过下面对本公开的实施例的更具体的描述，本公开的上述以及其他特征将变得显而易见。

技术特征：

1.一种结构，包括：

2.根据权利要求1所述的结构，其中，所述第一包覆层从包括以下项中的组中选择：氧化锌(zno)；氧化铝(al2o3)；氧化镁(mgo)；二氧化硅(sio2)；氟化钙(caf2)；八甲基环四硅氧烷；以及氟化镁。

3.根据权利要求1所述的结构，还包括位于所述衬底的所述第一区域中的所述ild层中的第二多层氮化物波导，其中，所述第一多层氮化物波导和所述第二多层氮化物波导彼此光学侧面耦合；以及

4.根据权利要求3所述的结构，其中，所述第一多层氮化物波导具有大于500纳米(nm)的厚度，并且所述第二多层氮化物波导具有小于500nm的厚度。

5.根据权利要求3所述的结构，其中，所述第一包覆层也位于所述第一氮化物体和所述第二氮化物体的上表面上。

6.根据权利要求3所述的结构，还包括位于所述第一氮化物体和所述第二氮化物体中的至少一者的上表面上的第二包覆层，所述第二包覆层具有比所述第一氮化物体和所述第二氮化物体低的折射率。

7.根据权利要求6所述的结构，还包括位于所述第一氮化物体和所述第二氮化物体中的至少一者的侧壁上的第三包覆层，所述第三包覆层具有比所述第一氮化物体和所述第二氮化物体低的折射率，以及

8.根据权利要求1所述的结构，还包括位于所述第一氮化物体的侧壁上的第二包覆层，所述第二包覆层具有比所述第一氮化物低的折射率，并且由与所述第一包覆层不同的材料制成，以及

9.根据权利要求1所述的结构，还包括位于所述衬底的第二区域中的互补金属氧化物半导体cmos器件，其中，所述ild层位于所述cmos器件上方并且包括到所述cmos器件的互连。

10.一种结构，包括：

11.根据权利要求10所述的结构，其中，所述第一包覆层从包括以下项中的组中选择：氧化锌(zno)；氧化铝(al2o3)；氧化镁(mgo)；二氧化硅(sio2)；氟化钙(caf2)；八甲基环四硅氧烷；以及氟化镁。

12.根据权利要求10所述的结构，其中，所述第一多层氮化物波导具有大于500纳米(nm)的厚度，并且，所述第二多层氮化物波导具有小于500nm的厚度。

13.根据权利要求10所述的结构，其中，所述第一包覆层是所述第一氮化物体和所述第二氮化物体中的至少一者的上表面。

14.根据权利要求10所述的结构，还包括位于所述第一氮化物体和所述第二氮化物体中的至少一者的上表面上的第二包覆层，所述第二包覆层具有比所述第一氮化物体和所述第二氮化物体低的折射率。

15.根据权利要求14所述的结构，还包括位于所述第一氮化物体和所述第二氮化物体中的至少一者的侧壁上的第三包覆层，所述侧包覆层具有比所述第一氮化物体和所述第二氮化物体低的折射率，以及

16.根据权利要求10所述的结构，还包括位于所述第一氮化物体的侧壁上的第二包覆层，所述第二包覆层具有比所述第一氮化物体低的折射率，并且由与所述第一包覆层不同的材料制成，并且其中，所述第二包覆层的至少一个分段与所述第一多层氮化物波导的下表面横向间隔开。

17.一种形成波导结构的方法，所述方法包括：

18.根据权利要求17所述的方法，还包括：通过对所述ild层上方和所述沟槽外部的所述第一包覆层和所述氮化物层进行图案化以形成下方具有所述第一包覆层的第二氮化物体，来形成第二多层氮化物波导，

19.根据权利要求18所述的方法，还包括：在所述第一氮化物体和所述第二氮化物体中的至少一者的上表面上形成第二包覆层。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括：在所述第一氮化物体和所述第二氮化物体中的至少一者的侧壁上形成第三包覆层。

技术总结本公开涉及一种用于光子集成电路的扩大的多层氮化物波导。结构和方法实现了扩大的多层氮化物波导。该结构可以包括位于衬底上方的层间电介质(ILD)层。第一扩大的多层氮化物波导位于衬底的一区域中的ILD层中。第二多层氮化物波导也可以设置在ILD层中。下包覆层限定氮化物波导的下表面。下包覆层具有比氮化物波导低的折射率。附加的低折射率包覆层可以设置在氮化物波导的上表面和/或侧壁上。扩大的氮化物波导可以通过其他常规的硅波导和氮化物波导来实现。技术研发人员：S·M·潘迪,卞宇生,R·P·斯里瓦斯塔瓦受保护的技术使用者：格芯（美国）集成电路科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29