包括金剛石層的器件的制作方法
【專利摘要】一種器件包括襯底層、金剛石層和器件層。所述器件層被圖案化。所述金剛石層與所述器件層所關聯(lián)的圖案相合。
【專利說明】包括金剛石層的器件
【背景技術】
[0001]絕緣體上硅(Si) (SOI)是一種標準的硅基器件平臺，包括可為諸如SiO2的氧化物(即掩埋氧化物(BOX)層)的絕緣體層。然而，SiO2具有極差的熱導率(大約1.3ff/m/°C )，妨礙了有效的散熱并造成器件發(fā)熱和性能和/或可靠性下降。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0002]圖1是根據(jù)示例的包括金剛石層的器件的截面?zhèn)纫晥D。
[0003]圖2是根據(jù)示例的包括多個部件、中間材料層和金剛石層的器件的截面?zhèn)纫晥D。
[0004]圖3是根據(jù)示例的包括金剛石層和不對稱器件層的器件的截面?zhèn)纫晥D。
[0005]圖4是根據(jù)示例的包括金剛石層和不對稱器件層的器件的截面?zhèn)纫晥D。
[0006]圖5A是根據(jù)示例的包括絕緣圖案化結構和金剛石層的器件的截面?zhèn)纫晥D。
[0007]圖5B是根據(jù)示例的包括絕緣圖案化結構和金剛石層的器件的截面?zhèn)纫晥D。
[0008]圖5C是根據(jù)示例的包括絕緣圖案化結構和金剛石層的器件的截面?zhèn)纫晥D。
[0009]圖是根據(jù)示例的包括絕緣圖案化結構和金剛石層的器件的截面?zhèn)纫晥D。
[0010]圖6A是根據(jù)示例的包括金剛石層的器件的截面?zhèn)纫晥D。
[0011]圖6B是根據(jù)示例的包括金剛石層的器件的截面?zhèn)纫晥D。
[0012]圖7A-7J是根據(jù)示例的包括金剛石層的器件的制造方法的截面?zhèn)纫晥D。
[0013]現(xiàn)在將結合附圖描述當前的示例。在附圖中，相同的附圖標記可以指代相同或功能類似的元件。
【具體實施方式】
[0014]器件平臺可包括金剛石層以增強性能。金剛石上硅(SOD)或其它金剛石上半導體(例如砷化鎵(GaAs))器件平臺，可被用于電子和光子器件，例如高端微處理器、用于光學互連的激光光源和其它器件。例如，金剛石層可提供極佳的散熱能力，且可提供熱導率以將熱從器件層傳出。
[0015]圖1是根據(jù)示例的包括金剛石層104的器件100的截面?zhèn)纫晥D。金剛石層104聯(lián)接至襯底層102和器件層106。器件層106可為諸如硅(Si)的半導體，且可使用SmartCut?或其它技術從諸如裸Si襯底或SOI襯底的半導體晶圓獲得。襯底層102可以作為處理襯底(handle substrate)而獲得。金剛石層104可被拋光以將襯底層102聯(lián)接至金剛石層104。在示例中，襯底層102可被直接晶圓接合至金剛石層104。
[0016]器件層106可為諸如S1、砷化鎵(GaAs)等的半導體，包括用于提供高折射率的波導器件的材料。器件層106可從諸如裸Si襯底或SOI襯底的半導體晶圓獲得。器件層106可使用Smart Cut?或其它技術來獲得，包括拋光去除或以其它方式去除源晶圓的部分。
[0017]器件層106可包括圖案化結構108。例如，圖案化結構108可包括器件電路、波導和/或其它結構。圖案化結構108的至少一部分可向下延伸至金剛石層104中。圖案化結構108可通過圖案化/蝕刻器件層106的下側面而形成。在示例中，圖案化結構108可為諸如波導的光學器件和/或諸如器件電路的電子器件。圖案化結構108可包括其它特征，包括絕緣體上硅(SOI)封裝的部分和/或沉積的金屬層，因為圖案化結構108不限于空白硅，并且可包括不同的區(qū)域和不同的結構。
[0018]金剛石層104可與器件層106的圖案化結構108相合。在示例中，金剛石可使用化學氣相沉積(CVD)或其它工藝空白地沉積在圖案化結構108上，由此使金剛石層104與圖案化結構108的各種表面相合。相合的金剛石層104可填滿器件層106的圖案化結構108的整個形貌，包括圖案化結構108的側壁。
[0019]金剛石層104可包括單晶或多晶結構。單晶金剛石具有非常高的熱導率，價格高，而且難以大尺寸而得到，潛在地限制了單晶金剛石晶圓的成本效益大小和/或增加了這種金剛石基器件的成本。多晶金剛石具有比單晶金剛石低的熱導率，但是價格較低且易于擴大規(guī)模。
[0020]金剛石層104可提供高達2400瓦特/米/開爾文度(W/m/K)的熱導率。金剛石層104可被夾置在器件層106和襯底層102之間，以為器件層106提供熱傳導。器件的熱，例如來自器件層106的熱，可經(jīng)由金剛石層104快速地耗散至襯底層102。
[0021]器件層106的上部分可通過選擇性地移除器件層106的一部分而獲得。在示例中，器件層106可由SOI晶圓形成，由此，硅部分和氧化物部分(例如掩埋氧化物(BOX)層)可從SOI晶圓移除而留下硅層用于獲得器件層106。另外，源SOI晶圓的BOX層在其移除之前可被用作掩膜層?？商娲兀骷?06可通過“智能切割(Smart-cut)”技術而由硅晶圓形成，該技術將器件層106從它的母硅晶圓分裂出來，因而母硅晶圓可被重復使用。器件層106的上部分可以被制備為聯(lián)接至可與器件層106交互的部件，或是已經(jīng)處在要聯(lián)接至可與器件層106交互的部件的狀態(tài)。
[0022]圖2是根據(jù)示例的包括多個部件210、中間材料層212和金剛石層204的器件200的截面?zhèn)纫晥D。
[0023]器件200可包括SOD器件上的II1-V族混合物。部件210的一部分可包括諸如磷化銦的II1-V族層。器件200可包括具有諧振器幾何結構的混合型激光器和調(diào)制器以及混合型光電探測器，這種器件200可用作包括光子數(shù)據(jù)鏈路的光子集成電路(PIC)的芯片上光源，且可用于波分復用(WDM)、增減濾波器/路由器、開關、傳感器、調(diào)制器、緩沖器以及芯片上光學互連應用、諸如復用器和其它波導部件的無源部件以及諸如激光器、光電探測器和調(diào)制器的有源部件。
[0024]與器件層206相關聯(lián)的圖案化結構208可例如基于光學耦合聯(lián)接至部件210，以提供光學模態(tài)區(qū)域230。與圖案化結構208相關聯(lián)的波導橫向尺寸222可提供單橫向混合模態(tài)的波引導。部件橫向尺寸220可比波導橫向尺寸222寬，因為部件210可能與制造容差和器件串聯(lián)電阻方面相關聯(lián)。通過形成窄的波導或其它圖案化結構208，即使部件210 (例如II1-V族環(huán)波導)具有對于單模態(tài)體系而言反而太寬的部件橫向尺寸220，器件200的操作也可以實現(xiàn)單混合模態(tài)。
[0025]更具體地，波導模態(tài)可依賴于波導的寬度，而波導可為單模態(tài)波導或多模態(tài)波導。單模態(tài)可以與窄波導相關聯(lián)，以使它的寬度窄到足以支撐基本模態(tài)。但是，頂部部分/部件210可以與增大的寬度相關聯(lián)以便解決涉及部件210的其它考慮。例如，部件橫向尺寸220可有利于部件210相對于該圖案化結構208的對準，幫助避免由于部件210中的量子阱有源區(qū)以及被蝕刻的側壁太靠近光學模態(tài)區(qū)域230所致的太窄部件的電氣性問題，以及諸如電泄漏的其它電氣性能問題。圖案化結構208可獨立于部件210而提供，例如通過在沉積金剛石層204之前圖案化器件層206。因此，對于諸如器件200的SOD平臺而言，與波導(或其它圖案化結構208)相關聯(lián)的橫向尺寸222可比部件橫向尺寸220窄。因此，在不需要縮小部件210或引發(fā)相關尺寸問題的情況下，混合光學模態(tài)區(qū)域230會受波導橫向尺寸222的影響以提供單模態(tài)的好處。
[0026]鑒于材料電阻正比于材料的長度并且反比于材料的截面積，較寬的部件橫向尺寸220會是有利的。對于部件210而言，載流子可從頂部區(qū)域注入。如果部件橫向尺寸220 (例如共振環(huán)的環(huán)長度)較寬，則它的截面可能較大，并且它的電阻較低，降低熱并進一步保持單模態(tài)操作。
[0027]中間材料層212可被提供以將金剛石層204聯(lián)接至襯底層202。在示例中，中間材料層212可被沉積于金剛石層204上。中間材料層212可與拋光兼容，例如用于增強至諸如襯底層202的其它層的接合。中間材料層212可包括諸如鋁金屬、銅金屬、鋁的氧化物、鈹?shù)难趸?、多晶硅和可存活于CMOS制造環(huán)境、具有良好的熱導率、且可被容易地拋光(例如，可與化學機械平坦化或拋光(CMP)相兼容)的其它CMOS兼容材料。更具體地，中間材料層212可具有比使用于CMOS環(huán)境中的透明絕緣體高的熱導率，舉例來說，透明絕緣體諸如氧化物(SiO2)、不同類型的玻璃、諸如石英的晶體(包含不定形晶體)以及用于鏡面襯底的廣義類的絕緣體。中間材料層212可被形成為極薄層，且在金剛石層204可被有效地拋光以接合至襯底層202的情況下中間材料層212可被省略。
[0028]圖3是根據(jù)示例的包括金剛石層304和不對稱器件層306的器件300的截面?zhèn)纫晥D。襯底層302聯(lián)接至中間材料層312，中間材料層312聯(lián)接至與器件層306相合的金剛石層304。部件310聯(lián)接至器件層306。
[0029]例如，部件310和器件層306可用作微環(huán)調(diào)制器。不對稱器件層306，諸如波導，可提供特定的結構，其中圖案化結構308的下部分，例如面向金剛石層304的部分，不同于聯(lián)接至部件310的上部分。在載流子被注入或耗盡以例如引發(fā)模態(tài)指數(shù)的改變和調(diào)制、切換或衰減應用的損耗的改變的示例中，鑒于載流子路徑332，器件層306的不對稱結構會特別有利。
[0030]載流子路徑332可在載流子和光學模態(tài)區(qū)域330之間提供增強的重疊。例如，鑒于光學模態(tài)區(qū)域330的位置，由于與器件層306和載流子路徑332相關聯(lián)的不對稱性，載流子可流過光學模態(tài)區(qū)域330的中心。例如，器件層306可從兩面蝕刻的晶圓結構化，以提供不對稱特性，而不必在金剛石層304的頂部遞增地建立器件層306。因此，從源晶圓獲得器件層306提供了制造效率、產(chǎn)量、可靠性以及其它好處。
[0031]與不對稱波導器件層306相互作用的載流子可被誘導為從一角落流過波導至另一角落，與波導有效地相互作用，這可包括經(jīng)過光學模態(tài)區(qū)域330的中心。器件層306的厚度不是均勻的，且可大于或小于波導的厚度。因此，相對于對稱波導，不對稱器件層306可減少或消除被注入的載流子以它們會避免與波導的整個區(qū)域相互作用的方式來流入或離開波導的可能性。
[0032]圖4是根據(jù)示例的包括金剛石層404和不對稱器件層406的器件400的截面?zhèn)纫晥D。襯底層402、中間材料層412、金剛石層404、器件層406以及部件410可聯(lián)接在一起。[0033]在器件400中，部件410可用作SOD微環(huán)激光器、調(diào)制器或光電探測器上的II1-V族混合物。從器件層406經(jīng)由金剛石層404(以及當包括中間材料層412時，經(jīng)由中間材料層412)至襯底層402的熱耗散可避免熱相關的問題，諸如與部件410相關聯(lián)的微環(huán)器件中的諧振波長漂移。
[0034]因此，不對稱器件層406，諸如不對稱波導，可被并入至混合型硅微環(huán)激光器、調(diào)制器或光電探測器中。圖案化結構408 (例如波導)的橫向尺寸可提供單橫向混合模態(tài)。即使部件410 (例如，II1-V族環(huán)波導)仍然要比由于尺寸而潛在地被限于單模態(tài)體系的部件寬，也可以實現(xiàn)微環(huán)波導結構的單混合模態(tài)。
[0035]圖5A是根據(jù)示例的包括絕緣圖案化結構540A和金剛石層504A的器件500A的截面?zhèn)纫晥D。襯底層502A經(jīng)由中間材料層512A聯(lián)接至金剛石層504A。金剛石層504A聯(lián)接至器件層506A。部件510A聯(lián)接至器件層506A，并且與光學模態(tài)區(qū)域530A相關聯(lián)。器件層506A被圖案化為具有圖案化結構508A和絕緣圖案化結構540A。金剛石層504A與器件層506A的圖案化相合，包括與圖案化結構508A和絕緣圖案化結構540A相合。
[0036]器件500A是混合器件，包括與金剛石相關聯(lián)的區(qū)域(例如S0D)和與絕緣體相關聯(lián)的區(qū)域(例如SOI)。與金剛石相關聯(lián)的區(qū)域會快速地將器件熱耗散至襯底層502A。某些其它的器件/部件，諸如那些被用來制造功能性光子集成電路的器件，可能與產(chǎn)生器件發(fā)熱和/或因器件發(fā)熱而受損傷沒有關聯(lián)。具有這種特征的示例器件/部件可包括無源波導和/或光柵耦合器。其它器件可使用熱來調(diào)諧它們的性能(例如濾波器、硅調(diào)制器)，并因此可通過避免熱耗散至金剛石層504A而從發(fā)熱得到好處。這種不怕熱和/或利用熱調(diào)諧的器件，可被提供為絕緣圖案化結構540A，以使被注入的外部熱可影響那些部件，而不是通過金剛石層504A耗散(浪費)至襯底層502A。
[0037]電介質(zhì)542A，諸如掩埋氧化物，可提供局部SOI區(qū)域，以使下層的金剛石對電介質(zhì)542A上方的絕緣圖案化結構540A具有少許的熱以及其它效應。因此，通用平臺可被提供為既具有用于與圖案化結構508A相關聯(lián)的良好熱耗散的SOD區(qū)域(或金剛石上的其他半導體區(qū)域)，還有用于具有熱調(diào)諧或熱免疫力的器件的局部SOI區(qū)域(絕緣圖案化結構540A)。通用平臺可滿足不同的需求，并且可包括被集成在其上的光子和電子器件。
[0038]熱氧化可被用來提供電介質(zhì)542A。例如，器件層506A的一部分可在圖案化結構508A的形成之前被氧化，從而在金剛石層504A的頂部形成SOI絕緣圖案化結構540A?？商娲?，電介質(zhì)542A可在圖案化結構508A的形成之前通過外部電介質(zhì)沉積而形成。絕緣圖案化結構540A可通過使用氧化物電介質(zhì)選擇性封裝而形成,例如使用SiO2的硅封裝。
[0039]金剛石襯底上面的SOI結構使器件能夠利用熱調(diào)諧以有效地吸收熱而沒有損失至金剛石層504A和襯底層502A。SOI和SOD器件的組合，類似于器件500A，可提供器件設計上的自由度以容許發(fā)熱會產(chǎn)生負面影響的器件和發(fā)熱會產(chǎn)生正面影響和/或沒有問題的器件同時存在(其中絕緣圖案化結構540A可提供一熱隔離的局部環(huán)境)。與熱調(diào)諧相關聯(lián)的器件可包括調(diào)制器、增減器和其它器件。器件500A可包括混合器件，諸如混合光子集成電路(PIC)結構、混合激光器、混合或Si光電探測器、混合或Si調(diào)制器、表面光柵、無源Si波導部件、開關和其它器件，它們可全部位于同一芯片上。具有嚴重器件發(fā)熱的器件可能與SOD波導結構諸如圖案化結構508A相關聯(lián)。利用熱調(diào)諧的器件(例如環(huán)調(diào)制器、增減器等)和/或不會因器件發(fā)熱而受損傷的器件(例如表面光柵耦合器)可被提供為形成在空白沉積金剛石層504A上的局部絕緣圖案化結構540A(例如SOI區(qū)域)。
[0040]絕緣圖案化結構540A可包括金屬層560A。金屬層560A可與其中放置表面光柵的區(qū)域(即位于絕緣圖案化結構540A之下的區(qū)域)相關聯(lián)。金屬層560A可以被省略。在示例中，無源波導區(qū)域金屬層560A可被省略以避免光的金屬吸收。
[0041]金屬層560A可將光反射回至表面光柵耦合器區(qū)域內(nèi)的表面(例如絕緣圖案化結構540A)。氧化物電介質(zhì)542A的一部分可被移除以容納金屬層560A。金剛石不需要在那些與絕緣圖案化結構540A相關聯(lián)的局部區(qū)域(包括那些具有金屬層560A的區(qū)域)內(nèi)。然而，金剛石層504A位于那些局部區(qū)域內(nèi)的部分不需要被移除，由此實現(xiàn)有效的器件制造。
[0042]基于如圖5A中所示的圖5A的截面?zhèn)纫晥D，圖5B是根據(jù)示例的包括絕緣圖案化結構540B和金剛石層504B的器件的截面?zhèn)纫晥D。絕緣圖案化結構540B可聯(lián)接至金剛石層504B、中間材料層512B(可包括或省略，如同其它示例一樣)以及襯底層502B。絕緣圖案化結構540B可為器件層506B的一部分,且可包括金屬層560B、電介質(zhì)542B和圖案化結構508B。
[0043]入射光可穿過圖案化結構508B。光損耗是增加還是減少可依賴于圖案化結構508B和金屬層560B之間的電介質(zhì)542B的厚度。在示例中，若電介質(zhì)是I μ m或更厚，則金屬層560B的光吸收可忽略。如果508B包括周期性圖案化結構(例如光柵)，則它可產(chǎn)生向上和向下同時的光反射。在優(yōu)選向上反射的情況下，向下的部分可被金屬層560B再次向上反射。金屬反射器可提供高反射率以避免浪費最初向下反射的光。電介質(zhì)可為較厚的或較薄,且可鑒于圖案化結構508B的材料(例如硅)和電介質(zhì)542B的材料(例如SiO2)之間的折射率對比來作選擇。電介質(zhì)542B的厚度是要提供自由度以調(diào)整電介質(zhì)542B中的光反射的相位，以使最初向上反射的部分和從金屬反射器反彈的光可以發(fā)生相長干涉或相消干涉O
[0044]來自兩個部分的光反射可為異相或同相，以在一方向上增強或抵消光。例如，相位抵消可為合并相位抵消的器件部分提供一種隔離。通過選擇電介質(zhì)542B的合適的初始厚度，相位關系可在被光柵508B向上反射的光和穿過電介質(zhì)542B向下并進而形成向上的光反射的入射光之間調(diào)整。例如，來自金屬層560B的光反射可與從光柵508B反射的光同相(例如相長干涉)，這會使光柵發(fā)射效率猛增。其它的相位關系是可能的，包括相長干涉和/或相消干涉以影響光柵發(fā)射效率。干涉儀器件可利用絕緣圖案化結構540B來提供指定的不同路徑的相對相位，以在那個部件的輸出處提供特定的相位/振幅。各種不同的器件(例如干涉儀)可被提供為提供相位調(diào)整(例如O度、90度、180度等的相位調(diào)整)，并且干涉儀/器件可包括馬赫曾德爾干涉儀以確定來自相干光源的兩個準直光束之間的相對相移。
[0045]圖5C是根據(jù)示例的包括絕緣圖案化結構540C和金剛石層504C的器件500C的截面?zhèn)纫晥D。襯底層502C可經(jīng)由中間材料層512C聯(lián)接至金剛石層504C。金剛石層504C可聯(lián)接至器件層506C。部件510C可聯(lián)接至器件層506C并且與光學模態(tài)區(qū)域530C相關聯(lián)。器件層506C可以被圖案化有圖案化結構508C和絕緣圖案化結構540C。金剛石層504C可與器件層506C的圖案化相合，包括與圖案化結構508C和絕緣圖案化結構540C相合。
[0046]絕緣圖案化結構540C的電介質(zhì)542C可包括氣隙544C，它可通過選擇性地移除電介質(zhì)542C的至少一部分而提供。氣隙544C可被提供在絕緣圖案化結構540C的圖案化部分的下方。氣隙544C可提供熱隔離和波引導，因此被用來形成氣隙544C的電介質(zhì)542C的初始氧化物可以比在具有無相關氣隙544C的氧化物電介質(zhì)542C的示例中薄。例如，與光通路穿過電介質(zhì)542C的情況下的厚度1-3 μ m相比，氣隙544C可以約為與穿過氣隙544C的光通路相關聯(lián)的500nm。
[0047]基于圖5C中所示的圖5C的截面?zhèn)纫晥D，圖是根據(jù)示例的包括絕緣圖案化結構540D和金剛石層504D的器件的截面?zhèn)纫晥D。絕緣圖案化結構540D聯(lián)接至金剛石層504D，中間材料層512D(當被包括時)以及襯底層502D。絕緣圖案化結構540D可為器件層的部分，且可包括金屬層560D、氣隙544D以及圖案化結構508D。相較于使用另一種類型的電介質(zhì)來替代氣隙544D，氣隙544D可提供有關光學性能(光反射、相長干涉/相消干涉等)和其它的性能標準(例如熱)的額外選擇。
[0048]圖6A是根據(jù)示例的包括金剛石層604A的器件600A的截面?zhèn)纫晥D。因為金剛石層604A與圖案化結構相合，所以金剛石層604A本身可提供波導或其它性能增強結構/特征。
[0049]CVD金剛石技術可被應用以形成金剛石-核波導(例如量子器件應用)，包括諸如金剛石槽、金剛石肋、倒金剛石肋、金剛石納米線、倒金剛石納米線和條狀波導之類的波導的形成。在示例中，電介質(zhì)642A，例如5102層(CVD的熱)，可被形成在襯底層602A(例如純Si晶圓)上。溝槽可被蝕刻于電介質(zhì)642A內(nèi)。在電介質(zhì)642A上空白沉積CVD金剛石層604A之后,金剛石層604A的表面可被拋光。上電介質(zhì)643A(例如，另一個SiO2層)可被沉積在金剛石層604A上，以當作如圖6A中所示的倒金剛石肋波導的頂部包層，圖6A中所示的倒金剛石肋波導也可表不包括例不為650A的金剛石納米線波導的其它波導。器件600A可以被稱為SOD型II器件，其中波導被形成為使得溝槽被金剛石填充而且金剛石提供器件功能。因此，金剛石波導可提供良好的排熱。
[0050]這里所述的波導還可包括條狀(即溝道)波導，它可表示肋狀波導(ribwaveguide)的極限，其中肋厚度接近于零，以使核層在無光被導引傳播的區(qū)域內(nèi)實際上被移除。條狀波導還可被提供有三角形截面。
[0051]圖6B是根據(jù)不例的包括金剛石層604B的器件600B的截面?zhèn)纫晥D。電介質(zhì)642B聯(lián)接至襯底層602B。金剛石層604B聯(lián)接至電介質(zhì)642B，然后波導結構被形成，并且上電介質(zhì)643B聯(lián)接至金剛石層604B。
[0052]圖6A和6B中的金剛石波導結構可使得光學模態(tài)與金剛石層內(nèi)部的氮空位中心強力相互作用，從而提高包括金剛石層的光學量子器件的效率。示例工藝可被用于以更有效的方式提供這種結構，而無需用以將磷化鎵(GaP)薄膜轉移至金剛石上作為波導核材料的步驟。
[0053]圖7A-7J是根據(jù)示例的包括金剛石層的器件的制造方法的截面?zhèn)纫晥D。在圖7A中，示出絕緣體上硅(SOI)襯底701A，但是可使用空白硅或其它半導體的晶圓。SOI襯底70IA可包括電介質(zhì)742A層，將SOI襯底70IA分為襯底上層和下襯底部分。襯底的上層可被用作器件層706A。在空白材料晶圓的情況下，空白離子注入可基于離子植入層(未示出)被用于制備襯底701A以供隨后分離(例如，使用Smart Cut?或其它諸如分裂等工藝)。
[0054]圖7B示出器件層706B，其包括形成圖案化結構708B和電介質(zhì)742B，以提供封裝的器件層707B。例如，圖案化結構708B可為波導，而電介質(zhì)742B可基于熱氧化提供，以封裝器件層706B的一部分。與封裝的器件層707B相關聯(lián)的電介質(zhì)742B的厚度可依賴于期望的光學特征和其他因素而改變。金屬層760B可如所示出的形成在電介質(zhì)742B的頂部，以提供與封裝的器件層707B相關聯(lián)的反射。金屬層760B可基于選擇性金屬沉積而形成。例如，金屬層760B可以被包括在放置表面光柵的地方，并且在形成無源波導區(qū)域并防止光的金屬吸收的情況下可省略。因此，器件制造可包含在施加更多的層之前圖案化SOI晶圓。器件層706B可被暴露于其它的圖案化/技術，包括離子植入以選擇性地影響器件層706B的部分，包括圖案化結構708B的部分和其他地方。第二氧化物封裝形成(未示出)可被形成在金屬層760B頂部,從而封裝金屬層760B。封裝金屬層760B可防止金剛石層的金屬污染(例如CVD金剛石反應器(CVD))，并且使得更廣泛的各種類型的金屬，包括非CMOS兼容金屬(例如，金、銀)和具有較好光學鏡面特性的金屬，能夠用于金屬層760B。
[0055]圖7C示出在器件層706C頂部形成金剛石層704C。金剛石層704C可使用CVD或能夠使得金剛石層704C與器件層706C的圖案化相合(包括與圖案化結構708C、電介質(zhì)742C和/或金屬層760C相合)的其它方法而形成。
[0056]圖7D示出在金剛石層704D頂部形成中間材料層712D。中間材料層712D可填充金剛石層704D內(nèi)的任何不平整，并且可以薄層的形式施加，以防止增高熱阻抗?？商娲?，金剛石層704D可被拋光平滑，以使中間材料層712D可被省略。中間材料層712D可具有高熱導率，可與CMOS工藝兼容，并且可被容易地拋光以提供接合表面。
[0057]圖7E示出中間材料層712E的拋光。中間材料層712E可使用CMP或其它技術拋光。因此，中間材料層712E被制備以用于接合，并且其厚度可被縮減以降低熱阻抗并提供其它好處。
[0058]圖7F示出中間材料層712F至襯底層702F的接合。例如，襯底層702可為硅處理晶圓。SOI襯底701已被倒轉，以使中間材料層712F面朝下。襯底層702F可包括襯底圖案703F (例如一系列溝槽或其它圖案)，但是襯底圖案703F在示例器件中可被省略，且可被用來提供額外的光學和/或機械性增強。
[0059]圖7G不出移除SOI襯底的一部分,包括移除娃和電介質(zhì)的最上層，暴露器件層706G以作為器件平臺的上層。該層可基于Smart Cut?或其他的技術而移除，例如通過在襯底的空白離子植入層(未示出)處進行分裂。因此，圖案化結構708G和電介質(zhì)742G被置放在器件平臺的頂部，以電介質(zhì)742G來封裝器件層706G的一部分。
[0060]圖7H示出器件層706H的圖案化，以形成被電介質(zhì)742G封裝的絕緣圖案化結構740H。另外，雖然在圖7H中沒有具體示出，器件層706H的上表面被暴露以進一步的圖案化，包括通過圖案化不同于下部分的上部分而形成不對稱的圖案化結構706H。器件層706H可被暴露于其它圖案化/技術，包括離子植入。
[0061]圖71示出對應于圖案化結構7081的聯(lián)接至器件層7061的部件7101。部件7101可被晶圓接合至器件層7061。部件7101還可基于將II1-V族層外延轉移至器件層7061上的II1-V族外延轉移(例如，部件層與器件層7061的混合集成)而被制造在器件層7061上。部件7101聯(lián)接至器件層7061以使得光學模態(tài)區(qū)域7301能夠形成。部件7101的形成可包括電極圖案。因此，多個部件(例如，絕緣圖案化結構7401以及部件7101)可被置放同一器件平臺上，包括熱絕緣/不敏感/調(diào)諧和熱產(chǎn)生器件。絕緣圖案化結構7401的形成可包括加熱器部分的形成，以影響絕緣圖案化結構7401的熱環(huán)境，例如使用包層來封裝絕緣圖案化結構7401的頂部，并在包層上形成加熱器部分。[0062]圖7J示出包括與電介質(zhì)742J相關聯(lián)的氣隙744J的絕緣圖案化結構740J。氣隙744J可通過選擇性地蝕刻電介質(zhì)742J、暴露金屬層760J而形成。另外，氣隙744J的厚度可基于電介質(zhì)的形成(例如，參見圖7B)而被精確控制，以提供涉及氣隙744J的厚度的調(diào)諧性能。金剛石層704J可與器件層706J、包括電介質(zhì)742J/金屬層760J的絕緣圖案化結構740J以及圖案化結構708J相合?；谝陨纤龅闹圃旆椒?，各種不同的特征可嵌入在金剛石層704J內(nèi)以求增強的熱性能和其它好處。
[0063]本發(fā)明的廣度與范固不應受以上所述示例中的任一個限制，而應該根據(jù)所附權利要求及其等同物而限定。
【權利要求】
1.一種器件包括: 襯底層； 聯(lián)接至所述襯底層的金剛石層；以及 器件層，包括通過所述金剛石層而與所述襯底層分隔開的圖案化結構，其中所述金剛石層與所述圖案化結構相合。
2.根據(jù)權利要求1所述的器件，其中所述器件層的頂面與所述圖案化結構所關聯(lián)的部件相聯(lián)接，以與所述圖案化結構交互。
3.根據(jù)權利要求1所述的器件，其中所述圖案化結構的上部相對于所述圖案化結構的下部被不對稱圖案化。
4.根據(jù)權利要求1所述的器件，其中所述器件層包括被電介質(zhì)封裝的絕緣圖案化結構。
5.根據(jù)權利要求4所述的器件，其中所述器件層的絕緣圖案化結構與至少是以下之一的部件相關聯(lián):(i)熱調(diào)諧的部件，(?)熱不敏感的部件，以及(iii)非生熱的部件。
6.一種金剛石上硅(SOD)的器件包括: 襯底層； 聯(lián)接至所述襯底層的金剛石層；以及 硅器件層，所述硅器件層 被圖案化有波導，且聯(lián)接至所述金剛石層，其中所述金剛石層與所述波導相合。
7.根據(jù)權利要求6所述的器件，其中所述金剛石層經(jīng)由至少一個中間材料層而聯(lián)接至所述襯底層，所述至少一個中間材料層與比透明絕緣體的熱導率大的熱導率相關聯(lián)。
8.根據(jù)權利要求6所述的器件，其中所述硅器件層的頂面相對于所述硅器件層的底面被不對稱圖案化，以使所述波導被結構化為:為與所述波導相關聯(lián)的載流子提供流過與所述波導相關聯(lián)的光學模態(tài)區(qū)域的中心的路徑。
9.根據(jù)權利要求6所述的器件，其中所述波導與單橫向混合模態(tài)和與所述波導聯(lián)接的部件相關聯(lián)，其中波導橫向尺寸比部件橫向尺寸窄。
10.根據(jù)權利要求6所述的器件，其中所述金剛石層與所述波導相合，以形成以下至少之一:金剛石核波導、金剛石槽波導、金剛石肋波導、倒金剛石肋波導、金剛石納米線波導、倒金剛石納米線波導和條狀波導。
11.一種器件包括: 襯底層； 聯(lián)接至所述襯底層的金剛石層； 器件層，包括通過所述金剛石層而與所述襯底層分隔開的圖案化結構，其中所述金剛石層與所述圖案化結構相合；以及 絕緣圖案化結構，被電介質(zhì)封裝，并且通過所述金剛石層而與所述襯底層分隔開，其中所述金剛石層與所述電介質(zhì)相合。
12.根據(jù)權利要求11所述的器件，其中所述電介質(zhì)包括氣隙。
13.根據(jù)權利要求11所述的器件，進一步包括與所述電介質(zhì)相關聯(lián)的金屬反射器，其中所述金剛石層經(jīng)由所述金屬反射器與所述電介質(zhì)相合。
14.根據(jù)權利要求13所述的 器件，其中所述金屬反射器用于提供基于穿過所述電介質(zhì)的入射光的光反射，其中所述光反射基于所述電介質(zhì)的厚度而與所述入射光的特定相位關系相關聯(lián)。
15.根據(jù)權利要求11所述的器件，其中所述器件是混合器件，包括與所述器件層圖案化結構相關聯(lián)的金剛石上硅(SOD)部分和與所述絕緣圖案化結構相關聯(lián)的絕緣體上硅(SOI)部分，其中所述器件與 熱調(diào)諧兼容。
【文檔編號】H01L27/12GK103890945SQ201180074487
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2011年10月28日 優(yōu)先權日:2011年10月28日
【發(fā)明者】梁迪, 雷蒙德·G·博索雷 申請人:惠普發(fā)展公司，有限責任合伙企業(yè)