專利名稱：光學信號的連續(xù)發(fā)送的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于一種用以于一半導體芯片或基板中散布光學信號的方法與裝置。
背景技術：
在特定應用中，有必要廣播一常用信號至一IC(集成電路)芯片上的多個位置。操作多個開關的一控制信號是可廣播至多個位置的一信號的一范例。更常見的范例為用以同步該芯片上多個裝置的一電子時脈。另一常見的范例為于一信號總線上的信息散布的廣播運用，在該信號總線處一位置是以一廣播模式散布信號至許多位置。
電子時脈受限于來自高頻寬信號的電子傳輸中各種不同變化的計時偏差。當其到達時脈速度約20GHz或高于20GHz時，此限制預期會是微處理器中效能的一嚴重損害。同樣的，在大型微處理器芯片上，電子時脈信號的散布最多可到達該芯片產(chǎn)生的總熱能的5-15％。
如一光學信號般散布該時脈可能解決某些如一電子信號般散布該時脈所呈現(xiàn)的更嚴重的問題。若可找到一種用以于一制造過程中低成本與高效率實作該光學時脈的一裝置，則光學時脈的使用提供協(xié)助使得在微處理器速度中繼續(xù)成長，以及到達操作效率的可能性。
硅與硅鍺合金(如SixGe1-x)的組合已吸引人們的注意，做為有用的材料組合，其可容易且經(jīng)濟的制造光學信號散布網(wǎng)絡。借助SixGe1-x，可制造波導于該硅基板中。Si0.95Ge0.05的折射率稍微高于硅的折射率。舉例來說，在對硅為透明的1300nm波導，具有5％鍺的Si0.95Ge0.05具有約3.52的折射率，而晶體硅具有小于約3.50的折射率。所以，若一SixGe1-x核心形成于一硅基板中，折射率的差異足夠使得該SixGe1-x核心包含透過內(nèi)部反射的一光學信號。此外，此材料的特定組合使其本身用于傳統(tǒng)硅型半導體制造技術中，以制造該光學電路。
最常被視為使用于此光學信號散布網(wǎng)絡中的檢測器為低成本硅型檢測器。然而，利用硅型檢測器會呈現(xiàn)一基本的挑戰(zhàn)。由于該波導是由硅制造(如SiGe硅鍺)，用于該光學信號的波長必須穿透該硅而不會被吸收。也就是說，該硅必須對于那些波長來說是透明的。但是做為一檢測器，該硅型裝置必須吸收該波長，以將其轉(zhuǎn)成一電子信號。因此，此硅型檢測器一般特性為一低吸收效率。這一般意指非常高光學能量層次，必須用于建立足夠的光電流，以必須使用昂貴雷射的速度驅(qū)動該檢測器。

發(fā)明內(nèi)容
一般來說，一方面，本發(fā)明特征在于一種光學信號散布網(wǎng)絡，其包含有一半導體基板，該半導體基板包括一形成于其中以承載一光學信號的波導；及多個檢測器，沿著該波導長度連續(xù)放置。各檢測器可檢測穿過檢測器的光學信號，并對光學信號足夠透明以使該光學信號到達而被所有多個檢測器檢測到。
其他實施例包含有一或多個下列特性。該基板是硅，且該波導是硅鍺。該波導是呈彎曲狀。且該光學信號是一光學時脈信號。除此之外，該光學信號散布網(wǎng)絡另包含有一第二波導形成于該半導體基板中；及一第二多個檢測器沿著該第二波導的長度連續(xù)放置。該第二多個檢測器的各檢測器亦可檢測穿過檢測器波長為λ的光學信號，且對該光學信號足夠透明，以使該光學信號可到達所有第二多個檢測器，并由所有第二多個檢測器檢測。該光學信號散布網(wǎng)絡亦包含有一光學分離器形成于該半導體基板中，以接收一光學輸入信號，并將其分成一第一與第二光學輸出信號，其中該第一波導耦合至該分離器，以接收該第一光學輸出信號，而該第二波導耦合至該分離器，以接收該第二光學輸出信號。
雖然在此說明用于該光學信號散布系統(tǒng)中的個別檢測器具有低吸收性，此檢測器所使用的方法使其大大改良一光學信號散布系統(tǒng)的全面吸收效率。除此之外，沿著單一波導的連續(xù)配置亦允許設計具有較高密度信號點于該基板上的信號散布系統(tǒng)，而不需要使用額外復雜的光學元件。
本發(fā)明其他特性與優(yōu)點將從下列結(jié)合附圖的詳細說明中明顯了解。


圖1舉例說明一H樹狀光學信號散布網(wǎng)絡。
圖2舉例說明實施該連續(xù)路由概念的一光學信號散布網(wǎng)絡。
圖3舉例說明經(jīng)由單一線上波長選擇檢測器的波長相依多工的使用。
圖4舉例說明亦實施該連續(xù)路由概念的另一光學信號散布網(wǎng)絡。
圖5舉例說明亦實施該連續(xù)路由概念的另一光學信號散布網(wǎng)絡。
圖6舉例說明可利用該連續(xù)路由概念的一光學準備基板的概念。
具體實施例方式
一H樹狀網(wǎng)絡是散布時脈信號至一網(wǎng)絡中許多不同幾何位置的一現(xiàn)有方法18。一般來說，該H樹狀網(wǎng)絡20是其他H型分支內(nèi)巢狀H型分支的一陣列，如圖1中所述。該H樹狀名稱來自看起來像字母「H」的結(jié)構(gòu)的幾何形狀，有兩個較小的散布分支各跟著提供完整散布的較小分支。H樹狀的優(yōu)點在于可建立一對稱散布結(jié)構(gòu)，從該來源至各端點具有對等的長度與時間路徑，且為所有信號頻率于所有端點以同步信號接收處理時脈散布。在某些方面，該H樹狀網(wǎng)絡亦使其用于一光學信號散布或廣播網(wǎng)絡中。在波導30的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡中，有多個光學分離器34，各位于從一波導30至二波導的網(wǎng)絡分支上的各位置。在該H樹狀網(wǎng)絡中，該分支的端點呈現(xiàn)該信號欲散布至的點。所以，在具有一光學檢測器的每端點，或用以傳送該信號至該網(wǎng)絡的一光學點，提供該光學信號。亦有一點于該光學信號引入該網(wǎng)絡處。在該所述實施例中，此為嵌入該芯片中的一光源39?；蛘撸蔀橐荤R子、光柵、或該波導中其他光學耦合器，且借助自位于該芯片上或下的一來源光學信號導入該波導中，或透過該芯片邊緣的一耦合器。
該H樹狀設計在透過一半導體芯片廣播一光學信號時具有某些缺點，例如一光學時脈信號。首先，其需要Y個分支或于各分支有Y個分離器。在利用傳統(tǒng)半導體制造技術制造的光學電路中，若無不可能，可能非常困難制造具有較窄或較小旋轉(zhuǎn)半徑的90度高品質(zhì)有效的Y個分支，尤其具有較低折射率的對比材料，例如硅中的硅鍺波導。由于制造一尖銳銳角于一半導體晶圓上十分困難，其特征在于接頭有大量信號損失，且缺乏低比率對比材料的總內(nèi)部反射。第二，若該檢測器不是足夠的光吸收器，該H樹狀網(wǎng)絡會浪費能量，且對光學信號來說，能量可能為一昂貴的物資。無論如何，足夠的光學能量必須傳遞至端點，使得在會暴露該裝置的不同操作環(huán)境(尤其是該光學檢測器)，該能量會足夠被檢測。但是沒有在該端點被吸收的光應該不會被反射回該波導。反射的光學信號可嚴重的分散該時脈信號的產(chǎn)生，且導致該系統(tǒng)不正常。
因此，在于端點具有檢測器的H樹狀散布網(wǎng)絡中，該檢測器的低吸收性可證實為一缺點。但是該硅型檢測器的低吸收硅特性可實際有利利用，借助使用一不同的方法為廣播一信號設計該光學信號散布網(wǎng)絡，如一光學時脈信號。
本發(fā)明所述實施例借助于下游檢測器中重新使用未吸收的光解決檢測器低吸收性的問題。也就是說，多個檢測器沿著該波導連續(xù)散布，使得該下游檢測器會使用穿過該上游檢測器未吸收的光。傳輸至多個位置的單一波導的使用亦使得大大降低需要散布該光學信號的散布網(wǎng)絡的大小與區(qū)域。
實施此概念的一光學信號散布網(wǎng)絡是舉例說明于圖2中。一波導52形成于一基板50中。在該所述實施例中，該波導包含有一SixGe1-x核心，由該基板的硅的一包覆圍繞。由于SixGe1-x(如其中x＝0.95)具有比該圍繞硅較高的一折射率，該SixGe1-x核心包含該光學信號，且因此做為一波導。
沿著波導52長度放置且位于波導52中的是許多低吸收性檢測器54，如硅型檢測器，轉(zhuǎn)換穿過檢測器的一部分光學信號至一電子信號。檢測器54置于由該微電子電路指定的位置，該微電子電路制造于該光學信號散布層上、下或旁邊的另一層上。為了到達所有時脈信號散布點，該波導可能必須為具有許多彎曲56的一彎曲狀形式，時脈信號散布所指定的數(shù)量取出點，且其損失與該彎曲相關聯(lián)。由于散射、吸收與其他波導效果，該檢測器的彎曲與波導界面將不可避免的于每長度產(chǎn)生高于波導傳輸損失的光學損失。所以，必須根據(jù)每長度的波導損失、檢測器的界面損失、及彎曲對于檢測器吸收性，最佳化所用的彎曲數(shù)量，以及取出點的數(shù)量，這將會在下方討論。
該光學信號利用其中一方法引入該波導中。根據(jù)一方法，該波導于其來源具有一鏡子、光柵、或制造于該波導中的其他耦合元件。該光學信號由具有一適當透鏡配置的一光纖自上或下提供，以將該光對焦至該鏡子元件上。已知各種不同鏡子或耦合器元件。一范例為形成于硅鍺核心中的布雷格光柵，且具有間隔，選擇以透過一角度反射光，使得該光自上或下耦合。另一范例是于一二極體界面來自一金屬或總內(nèi)部反射的單一反射面，于放置該硅鍺核心前或后制造于該波導通道中。另一方法是透過該側(cè)引入該光學信號，并向下導向該包導的縱軸，利用一適當光纖與透鏡配置以對焦該光。在任何情況中，對廣播至許多端點的光學信號來說，例如最可能的例子是一光學時脈信號，理論上該光學信號必須僅于單一點引入。
若該光學信號散布電路用以散布一光學時脈信號，由于該檢測點不再是一H樹狀中來源的相等過度時間，產(chǎn)生于該波導遠下方的已檢測的光學時脈信號將比先前呈現(xiàn)延遲或歪斜。歪斜是點至點時脈的不同變化，且可預期于光學電路中。借助比較，計時偏差為脈沖至脈沖的時脈信號的時間變化，且較不可預測。然而，利用光學信號的優(yōu)點在于該歪斜較可預測且可決定。此外，在該光學時脈信號散布網(wǎng)絡中，該時脈信號的歪斜不像電子時脈中時脈頻率功能或有線參數(shù)與制造變化那么多；沿著該波導距離的一功能較簡單。由于這些特性，當設計接收該時脈信號的微電子電路時，可將該歪斜列入考量，或可包含校正電路于該時脈信號對該微電子電路來說有效的各點處。
時脈歪斜為常見的問題，必須處理于時脈信號散布網(wǎng)絡中，且利用業(yè)界已知的技術可快速解決此問題。用以解決此問題的電路一般包含有一鎖相回路或接收器節(jié)點電路，并有一抗扭斜電路。該鎖相回路(PLL)電路以為較低擾動平均該輸入時脈的方式，鎖住一內(nèi)部時脈至該輸入時脈信號，且可將該輸入同步時脈信號轉(zhuǎn)換成具有不同相位的一較高或較低頻率的輸出。該抗扭斜電路是一可可編程延遲電路，可移除固定的歪斜，或于一給定點的時脈錯誤?；旧希枰瞥撏嵝钡难舆t可可編程至該信號中，沿著該光學信號散布鏈先取出。這些類型的抗扭斜電路會減少檢測器中的固定時脈歪斜，根據(jù)該電路設計者的需要，允許該電路中檢測器的隨機放置。
當設計一連續(xù)光學信號配置系統(tǒng)時，需要考量許多因素，例如圖2中所述的。首先，必須于通過該波導散布線長度的光學效率與信號統(tǒng)一之間選擇一設計妥協(xié)。若該光學能量允許用于通過該連續(xù)路徑吸收于檢測器中，可產(chǎn)生更多光學能量。但若過量的光學損失發(fā)生于該連續(xù)連結(jié)中，該光學能量會于該光學路徑端減少，且該光學能量的效果不會跨該連續(xù)路徑中所有檢測器統(tǒng)一。呈現(xiàn)于單一檢測器的一較不統(tǒng)一光學能量可影響檢測器信號電壓、速度、擾動、與潛伏期。潛伏期為該檢測器上呈現(xiàn)光學信號中變化與信號中一有用電子輸出變更之間的時間。落在該電路上的能量效果可為檢測器補償于某些設計中，或自波導致檢測器的耦合器，當該光學能量唯一可預期方式時增加該光學耦合，以維護一穩(wěn)定信號于該檢測器上，存在可預期光學損失。
另一方面，若該波導路徑中太少能量由各檢測器有效移除，以允許一更統(tǒng)一光束，則光學能量會浪費的舍棄于該路徑尾端。所以，一光學有效設計會使用所有能量，以可能延伸與放大該檢測器中有用的吸收，同時縮小無效的光學損失，最多至能量中最大可忍受變化。好的妥協(xié)可為通過該光學路徑介于10％至90％之間的一光學損失，根據(jù)上物的補償機制與該電子設計部份信號中變化的忍受度而定。
如上述妥協(xié)中損失計算的部分，可縮小的無效光學損失應列入考量。這些無效的損失發(fā)生自波導界面散射與吸收、波導彎曲輻射損失、及通過一檢測器或耦合器傳輸至一檢測器的無效耦合或散射損失。更重要的是，該波導必須為一足夠低損失的波導，使得該路徑整個長度的光學能量損失可允許一相對統(tǒng)一信號散布至所有裝置，如上述妥協(xié)中所討論的。若該波導實施于一1cm乘上1cm大小的IC芯片上，則這表示至該波導本身的損失應該小于約1db/cm。應注意db定義為能量傳輸對數(shù)(基數(shù)為10)的10倍。所以一1db損失(或-1db)對應至79.4％的傳輸，或20.6％的損失。第二，該彎曲必須為低損失彎曲(如＜1db/彎曲)，且允許的最大數(shù)量根據(jù)各彎曲的精確損失而定，同樣在上述妥協(xié)的限制中。清楚可見，與各彎曲相關的損失愈低，可沿著該波導使用的彎曲就愈多。已知硅鍺核心中較高的鍺內(nèi)容允許一較緊的彎曲半徑。因此，舉例來說，具有7-10％的鍺內(nèi)容，可制造于一1cm2芯片上建立一彎曲狀波導結(jié)構(gòu)所需的半徑的彎曲。
如上所述，連續(xù)路由最重要的使用在于使用低吸收性檢測器的能力。也就是說，其允許一大量百分比的光學信號沿著該波導穿透下一個檢測器。舉例來說，某些較小長度與低吸收性檢測器僅可吸收光的0.1％至1％。光剩余的99.9％至99％可有效的由鏈中其他檢測器吸收。此外，該檢測器的傳輸必須穩(wěn)定溫度范圍、年齡、操作能量、電壓與其他環(huán)境因素，使得在所有可想象合理的操作條件下，到達該波導尾端的光學信號不會落入該波導最后一個檢測器檢測太低的程度。如上所述，最糟環(huán)境因素情況中可允許沿著該路徑光學變化的程度與沿著該光學路徑光學統(tǒng)一所需的類似。此環(huán)境變化實際上為設計的一部分，必須包含于借助舍寄該光學能量于該路徑尾端，決定應忍受多少無效損失。如此一來，檢測器與其他耦合裝至應設計以縮小其吸收對溫度與其他環(huán)境因素的變化。由于光學傳輸中大量變化可能需要具有較低損失光學路徑與無效舍棄光學能量的一系統(tǒng)設計，此裝置穩(wěn)定性很重要，以允許一更大光學所失與非統(tǒng)一性的一環(huán)境變化。
一改良是為欲檢測的波長放置一低吸收性檢測器于一光學諧振器，允許于一給定或較低光學能量的更好吸收性與光電流。舉例來說，可利用分離置于該吸收器相對側(cè)的兩個鏡子建立一空腔，使該光通過結(jié)構(gòu)干擾諧振。這些鏡子可沿著該波導由一薄金屬、一介電堆疊、或一定期圖案建立，如一布雷格光柵。該布雷格光柵具有一特殊優(yōu)點，其可做出波長中非常窄的頻帶，甚至窄于該諧振器頻寬。所以，若光不放大，其亦不會反射。
該檢測器的其他諧振器可制作具有波導環(huán)，緊密耦合至該連續(xù)波導，亦僅檢測于諧振波長的光，并于其他波長傳輸光。一諧振器的限制是其必須足夠穩(wěn)定于所有溫度中，且不將足夠的光向下反射該波導，以引發(fā)該光源的干擾。上述兩種諧振器可以此良好的技術完成此項工作。
利用此方法，多個諧振器可僅用于一多工波長散布方法中檢測一波長，且未被吸收的其他波長的光有效的傳輸至波導上其他檢測器。舉例于圖3中，檢測器80、81與82各檢測一不同波長λ1、λ2與λ3，沿著一光學波導83連續(xù)散布。產(chǎn)生于各檢測器的電子信號會向上傳至一不同對應的電子組件86、87與88。
該波導多工檢測器的一優(yōu)點在于其允許多個獨立散布通道為更有效且壓縮的路由共用相同的波導。多個來源應各為其本身頻率或波長的廣播，且該空腔可建立或調(diào)節(jié)以接收于一給定點所需的信號。此應借助選取調(diào)節(jié)那些點的適當波長的廣播，允許檢測的廣播至選擇的點。此方法允許關于一硅芯片的一已定址高速信號輸入的使用。
在于該芯片上選擇點接收信號的另一方法中，該光學信號可由僅所選檢測器會回應的一相位提升或放大調(diào)節(jié)加以編碼。這可能需要使用電子篩選器或調(diào)節(jié)。電子篩選器亦可用于接收數(shù)字編碼至僅由所選接收器接收的信號。
一波長選擇檢測器的另一優(yōu)點是其以一頻擾光源運作。一頻擾光源是隨時間變更其波長。若加以控制，使得該波長變更于一時脈中各脈沖定期發(fā)生，該檢測器可調(diào)節(jié)為于該點必須調(diào)節(jié)該時脈歪斜的一特定時間延遲。
可使用任何其他波導設計。此包含有硅/二氧化硅波導、氮化硅波導、聚合物波導及這些材料的組合。許多材料可能與一硅鍺基板方法不相容，且最好放置于該電線盤中或上方。
可使用任何其他檢測器設計。此包含有硅鍺超格檢測器、拉緊的硅檢測器、鍺能隙吸收及雜質(zhì)型硅鍺檢測器，其細節(jié)將在下方提供。某些檢測器，例如具有鍺能隙的檢測器，具有高吸收性。無論如何，可借助使用薄鍺檢測器，或借助耦合光很弱的波導周邊的波導外的光，做成一低吸收性檢測器。這些方法可能有優(yōu)點，允許需要較少光電流的一較小低容量的檢測器，且因此需要較少光以于一給定時間切換。另一優(yōu)點在于于該波導周邊邊緣耦合可簡化設計與路由。
比須預先做達到該散布時脈信號的穩(wěn)定性的某些其他警告。舉例來說，必須縮小反射回該時脈信號的來源，以避免擾亂該來源產(chǎn)生該時脈信號，以及位于上述該檢測器的鎖相回路。余元件間過度減少反射回去的方法包含有提供有角度或已彎曲的界面于該點，并符合該元件表面間的折射率(即使用低Δn界面)，同樣降低反射回去的機會(即符合折射率)。亦一定有良好模式符合于該波導與該檢測器之間，以減少會導致散射的光學信號會看到的中斷，以更有效補償該檢測器的檢測區(qū)域中的光學信號。在該端點，必須以不反射或允許偏離光以影響該電路的方式暴露光?？奢椛湓摴猓?，而不須以許多方式反射。這可借助無法限制該光的一非常短彎曲半徑達成。該光接著會以一廣角散布，具有非常少反射。該波導的尾端可能有角度，所以界面反射不會導回該波導下方。該散射光可能不注意的負面影響其他裝置，并跨交談建立噪音。此散射光可由此光被引導的技術控制，且在其負面影響其他裝置前適當吸收此光。此光可由自由電子與晶圓中其他寄生機制吸收。
其他設計圖4顯示設計一光學信號散布網(wǎng)絡的另一方法。該系統(tǒng)包含有多個波導52’，各服務該芯片的一不同區(qū)域。在該例示范例中，有四個波導52’，各包含有多個檢測器54’沿著其長度連續(xù)放置。
提供序列與并列光學路徑組合的目的在于存在高光學損失中，提供更多散布選擇。若在所有改良后，一給定光學路徑的損失對于之前討論的統(tǒng)一妥協(xié)來說太高，則借助將該路徑分成多個路徑，所有檢測器元件因此可以一統(tǒng)一方式到達。
該四個波導連結(jié)至一多模式界面(MMI)分離器58，將依輸入光學信號的能量分成n個相同的信號，各傳遞至n個輸出的一不同者，其中一對應波導52’硅光學連結(jié)至該輸出。該MMI分離器58使用一已知技術，用以將依光學信號分成具有相同能量的多個光學信號。借助使用來發(fā)出自單一來源的多個波導，可能降低任何單一波導中所需的彎曲數(shù)。
將該能源分成多個波導亦可借助多個Y分離器的連續(xù)鏈或具有較少數(shù)量輸出波導的MMI完成。利用連續(xù)分離器的散布可能是需要多個路徑的某些光學配置中一較有效的設計。在任何情況中，該散布網(wǎng)絡可包含有許多連續(xù)與多個路徑的組合，以光學能量分離器為任何給定連續(xù)路徑于需要有效路由的任何點建立一多個路徑分支。
在引入該芯片后分離該光學信號的另依選擇是在事先將其分離。在此情況中，四個波導52’各由一分離來源利用上述技術般供給。
圖5舉例說明亦實施該連續(xù)路由概念的另一光學信號散布網(wǎng)絡。在此范例中，舉例說明四個獨立光學信號散布線72、73、74與74(即波導)。各光學波導包含有多個光學檢測器78，沿著其長度間隔放置。在此情況中，在該波導或分離光源可散布于各線上之前，該相同的信號可借助使用一分離器散布于所有線上。
廣播信號如上數(shù)據(jù)有連續(xù)信號檢測的光學路由的使用亦可用于高速高頻寬廣播信號至一電子芯片中的多個點。該信號來源可為芯片外或芯片上。若該信號源自芯片外，該外部裝置自更標準的電子形式建立該有用的光學信息。這一般利用激光的電子調(diào)節(jié)完成，例如邊際放射半導體激光、或垂直空腔表面放射激光(VCSEL)、或其他光源，通常由該驅(qū)動器電流調(diào)節(jié)。在某些應用中，例如需要非常高速(10GHz以上)的情況，該激光無法有效調(diào)節(jié)，且當該光穿透該調(diào)節(jié)器時，該光源外的調(diào)節(jié)器用以建立該信號。該調(diào)節(jié)器一般變更一材料的吸收或傳輸，該光借助取代該材料上的一電壓加以穿透。因此，一正常光源(連續(xù)或定時暫停)必須入設于該調(diào)節(jié)器上。該調(diào)節(jié)器接著借助吸收或偏斜某些光加入該調(diào)節(jié)信號。舉例來說，此調(diào)節(jié)效果可借助自由電子入射所導致的折射率與吸收性變更、借助引發(fā)吸收增加的應用領域?qū)е碌念l隙變窄、或借助電熱所導致的熱變更材料而發(fā)生。若該折射率變更用于調(diào)節(jié)，則如馬赫—曾德爾或法布里—珀羅的干涉儀必須借助以另一信號干擾此相位調(diào)節(jié)光，用于將該相位變更(自該折射率變更使該光變慢)轉(zhuǎn)換至一能量或放大調(diào)節(jié)。根據(jù)激光與調(diào)節(jié)器的電子至光信號傳輸器常見于業(yè)界中。
在一廣播來源源自該電子芯片的情況中，使用調(diào)節(jié)一激光或調(diào)節(jié)一正傳輸信號的一類似方法。然而，由于于一硅芯片中建立一激光的高困難性，最可使用一調(diào)節(jié)器。在此情況中，一正常(連續(xù)或定期暫停)光源提供至該芯片上調(diào)節(jié)器，接著放置一有用信號于該光束上。
無論該信號產(chǎn)生于芯片上或芯片外，該信號可廣播至該芯片上多個點。一之前提及的應用包含散布光學時脈。然而，其他有用的系統(tǒng)應用可為控制信息至該芯片上多個點的廣播，以改良電路同步行為；為較低潛伏期或使用于一平行電腦中，一總線上數(shù)據(jù)至一芯片上的散布；或利用光學比電子信號快的一芯片上點之間的快速通訊。若欲散布的數(shù)據(jù)于一波導上，通常多個位會想要平行傳輸。今日的微處理器使用8、16、32與64位寬的總線，其位數(shù)于一類似數(shù)量的線上同步傳輸與接收。應注意光學撥導可借助同步編碼一不同波長、或頻率通道、相同波導中的各位，以減少線的數(shù)量。這可能改良同步接收，導致為所有位使用相同的路徑距離，且其會減少需要傳輸信息的線數(shù)。然而，需要一波長感應檢測器陣列，或一分散光學元件，將各波長分成一寬頻檢測器。常見與業(yè)界中的分散元件包含有布雷格篩選器、干擾波導陣列、與干涉儀。如前所述，該波長選擇檢測器可建立有一寬頻檢測器，取代一光學諧振結(jié)構(gòu)的中或之后，僅感應該波長。一波長選擇檢測器亦可借助使該頻隙變更控制的效果加以建立，例如一雜質(zhì)的擴散。接著，該光可由連續(xù)于該波導上的波長選擇檢測器吸收。在此情況中，該檢測器允許所有較長的波長經(jīng)過，而吸收所有較短的波長(具有比頻隙大的能量)，因此該最短波長檢測器必須置于該檢測器鏈開頭。
光學準備基板可預見上述連續(xù)路由概念只一特定有用應用可結(jié)合光學準備基板，其詳細描述于2002年10月25日申請，標題為「光學準備基板」的美國專利申請第10/280,505號，及2002年10月25日申請，標題為「光學準備晶圓」的美國專利申請第10/280,492號中，在此并入?yún)⒄?。由于連續(xù)路由概念與該光學準備基板相關聯(lián)，值得了解該光學準備基板的概念。
基本上，光學準備基板背后的原則在于該光學信號散布網(wǎng)絡以其制造與該微電子電路的制造完整或互相獨立的方式提供。
該光學準備基板提供一平臺，利用傳統(tǒng)半導體制造技術，電子電路可制造于其上。借助將該光學信號分散電路自該電子電路分離，依此方式，該半導體微電子制造商避免必須研發(fā)一新技術，或了解制造光學元件于一半導體晶圓上。該半導體微電子制造商亦避免必須最佳化制造該半導體電子裝置的程序，以亦適應該光學元件的制造。因此，舉例來說，一家制造CMOS電路的公司已最佳化其制造程序，以達到超高精確與非常高的收益，不需要考量必須修改其程序，且可能妥協(xié)其超高精確與高收益，以制作具有該電子元件的光學元件。簡言之，該半導體微電子制造商可能僅一賴伊光學制造公司的專業(yè)性，以提供該光學元件，并最佳化那些程序，且除了定位與結(jié)合該光學信號散布網(wǎng)絡之外，該晶片的處理僅需其為一空白半導體晶片。當然，這只是理想。實際上，該兩種技術之間的分際并不是如此清楚。
一光學準備基板10的一實施例顯示于圖5中。光學準備基板10包含有一半導體集成光學信號散布網(wǎng)絡20，用以散布一光學時脈信號至稍后制造于該光學電路上的基板頂端的半導體集成微電子電路40。光學準備基板10隙一epi硅或SOI(絕緣層上覆硅)結(jié)構(gòu)，可包含有晶體硅的一基底基板12、一二氧化硅的絕緣層14、及一晶體硅的薄上層16。光學信號散布網(wǎng)絡20制造于絕緣層14下的基板12上。網(wǎng)絡20應用一或多個基板建立方塊，包含有光學波導30，用以散布該芯片上不同位置間的光學信號；反射元件47，用以使光學信號自該芯片上引入該波導中，或使光學信號重新導向該波導外；光檢器32，用以將該光學信號轉(zhuǎn)成將由該微電子電路的對應元件使用的電子信號33；及分離器(未顯示)，將該光學信號分成多個(在此例中為兩個)元件，其中分支發(fā)生于該散布網(wǎng)絡中。
該光學輸入信號可以許多不同方式提供。根據(jù)一方法，通常稱為一邊緣耦合方法，一透鏡配置36將來自一外部光纖38的光對焦至光學波導30中?；蛘撸还饫w43以導通該芯片頂面或底面的一方向，通過另一透鏡配置45傳遞光至一波導30。在此情況中，制造于波導30中的一反射元件47將該光沿著其縱軸轉(zhuǎn)發(fā)至波導30中。光可利用類似或相同于反射元件47、透鏡45、與光纖43的元件取出。(注意有許多方法將光傳至該波導中，且自該方向，該光可引入，但不限于普通于平面中的方向。)由于該基板的低介電容量與高電組，圖5中所述的SOI結(jié)構(gòu)有利于微電子電路中。有許多已知方法制造SOI結(jié)構(gòu)，某些描述于B.Jalali等人于1998年11月/12月量子電子中選定主題的IEEE報導第4集第6號的「絕緣層上覆硅光電中的進步」中。用于制造圖4的實施利的兩個有效方法為bond-and-etchback SOI(BESOI)技術智能切割程序。
根據(jù)BESOI技術，氧化一第一硅晶片，其后為一氧化層的親水鍵合至一第二硅晶片的暴露表面。接著薄化該第一硅晶片，并以機械與機械/化學程序拋光至想要的厚度。該光學信號電路會制造至該第二晶片側(cè)內(nèi)，提供該暴露表面至鍵合的氧化層。該薄化的第一硅晶片接著會提供該基板，該微電子稍后會制造至該基板中。
根據(jù)該智能切割程序，一氧化硅晶片通過該氧化表面層植入氫。之后，該氧化表面借助氫鍵鍵合一暴露硅晶片的表面。在一后續(xù)熱處理期間，該第一硅晶片分成兩部分，將依薄硅層留在該氧化層頂端(借此移除許多硅基板)。該硅的新暴露表面接著借助機械與化學/機械方法拋光。在此例中，在將該表面鍵合至該第一晶片的氧化表面之前，該光學信號電路會制造至該暴露硅晶片表面中。
除了一SOI結(jié)構(gòu)之外，有許多方法實施該光學準備基板概念。舉例來說，一晶膜層可成長于包含該光學電路的硅的頂端。或該光學準備網(wǎng)絡層可鍵合一硅晶片，該微電子電路以制造于其中，且接著金屬化互連的多層可制造于該光學層上?；蛭崛丝衫靡坏寡b芯片設計，根據(jù)此該光學網(wǎng)絡制造至一芯片中，且該微電子電路制造至一第二晶片中，且該芯片倒裝至另一芯片上，且為電互連該兩個芯片提供鍵合。在所有方法中，該原理基本上都相同。該光學網(wǎng)絡與該微電子電路分別制造，且一般位于不同層。
雜質(zhì)型硅鍺檢測器如上所述，此技術需要各檢測器具有一低吸收性，且于操作范例中穩(wěn)定其吸收性，使其不會大大影響光信號于該波導尾端到達檢測器的量。一雜質(zhì)型硅鍺檢測器的特征為一相對弱吸收性，特別適合用于上述的連續(xù)路由電路中。該雜質(zhì)型檢測器的設計與制造細節(jié)呈現(xiàn)于2003年5月29日共同申請的專利申請案中，標題為「雜質(zhì)型波導檢測器」(AMAT號#8508US/NBD/OPTICS/JB1)，且呈現(xiàn)于2003年5月29日申請的臨時專利申請案U.S.S.N.60/474,155中，標題為「雜質(zhì)型波導檢測器」，與本案同日申請，且在此并入?yún)⒄铡?br> 一般來說，在此實施例中，該雜質(zhì)型檢測器是硅鍺裝置，可為光導體(PIP)、光二極管(PIN)或光晶體管(NpN)結(jié)構(gòu)的形式。該N-與P-區(qū)域呈現(xiàn)高摻雜電極區(qū)域，其中電接觸至該檢測器。上述的檢測器結(jié)構(gòu)應用至一p-型雜質(zhì)。對一n-型施體雜質(zhì)來說，該結(jié)構(gòu)可為該絕緣或n-型雜質(zhì)具有該相對極性(NIN對上PIP、NIP對上PIN即PnP對上NpN)。該I或p或n-區(qū)域是一雜質(zhì)檢測器區(qū)域。該p或n型雜質(zhì)可分別借助測量的共摻雜相對n-型施體或p-型受體隔離。在該雜質(zhì)型檢測器中，該I-區(qū)域是硅鍺摻雜一深層狀態(tài)，例如該p-型受體鉈或銦及一或多個其他共植入者。該受體摻雜特征在于產(chǎn)生能量狀態(tài)，遠足夠于該原子價鍵合，使得一1200-1300nm的光學信號會導致來自該受體狀態(tài)至該導體鍵合的電子過渡，藉此檢測該光學信號。共植的目的在于以電子填滿該受體摻雜的深層洞，藉此增加該檢測器檢測該光學信號的效率，且亦可能增加該硅鍺格中該銦或鉈的固體可溶性。
其他實施例是于下列本申請權利要求范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種電路，該電路至少包含一半導體基板，其包含有一形成于其中以承載一光學信號的波導；及多個光學檢測器，其沿著該波導的長度序列放置，各光學檢測器可檢測穿過光學檢測器的一光學信號，且對該光學信號足夠透明以使該光學信號到達而被所有上述多個檢測器檢測到。
2.根據(jù)權利要求1所述的電路，其特征在于該基板是硅，且該波導是硅鍺。
3.根據(jù)權利要求1所述的電路，其特征在于該波導是呈彎曲狀。
4.根據(jù)權利要求1所述的電路，其特征在于該波導是呈螺旋狀。
5.根據(jù)權利要求1所述的電路，其特征在于該光學信號是一光學時脈信號。
6.根據(jù)權利要求1所述的電路，其特征在于該多個光學檢測器的每一個各檢測一不同光波長。
7.根據(jù)權利要求1所述的電路，其特征在于還包含一光學信號源，其是位于該半導體基板外以傳遞該光學信號至該光學波導，及一光學系統(tǒng)，其是用以將來自該光學信號來源的光學信號耦合至該波導中。
8.根據(jù)權利要求1所述的電路，其特征在于還包含一第二半導體基板，其是形成于該第一半導體基板頂端，該第二半導體基板包含制造于其中的半導體集成微電子電路，其中多個光學檢測器的每一個各電連接至該第二半導體基板中的微電子電路。
9.根據(jù)權利要求1所述的光學信號散布網(wǎng)絡，其特征在于還包含一第二波導，其形成于該半導體基板中；及一第二多個光學檢測器，其沿著該第二波導的長度序列放置，該第二多個光學檢測器的各光學檢測器可檢測傳經(jīng)光學檢測器的一第二光學信號，并對該第二光學信號足夠透明以使該第二光學信號可到達且可被所有第二多個光學檢測器檢測到。
10.根據(jù)權利要求9所述的光學信號散布網(wǎng)絡，其特征在于還包含有一光學分離器，其是形成于該半導體基板中用以接收一光學輸入信號，并將其分成第一與第二光學輸出信號，其中該第一波導耦合至該分離器以接收該第一光學輸出信號，且該第二波導耦合至該分離器以接收該第二光學輸出信號。
全文摘要
一種光學信號散布網(wǎng)絡，其包含有一半導體基板，該半導體基板包括一形成于其中以承載一光學信號的波導；及在該波導內(nèi)的多個檢測器，沿其長度序列放置，各檢測器可檢測傳經(jīng)檢測器的光學信號，并且對該光學信號足夠透明以使該光學信號可到達而被所有多個檢測器偵測到。
文檔編號H04B10/00GK1795408SQ200480014557
公開日2006年6月28日 申請日期2004年5月28日 優(yōu)先權日2003年5月29日
發(fā)明者勞倫斯·C·韋斯特, 丹·梅頓 申請人:應用材料股份有限公司