电后端内的端面耦合结构的制作方法

本公开中呈现的实施例总体涉及用于端面耦合(也被称为直接耦合、对接耦合或边缘耦合)的光子接口，其中，外部光源(例如，光纤电缆或激光二极管)将光信号直接馈送到被限定在光子集成芯片(pic)中的波导中。更具体地，该技术涉及包括若干电介质层的制造方法或这种制造方法的最终产品，以允许在单个工艺流程中沉积光束尺寸转换波导阵列以及控制pic上的金属互连图案化。

背景技术：

1、电后端是容纳用于在pic内提供功率和电信号路由的多个金属线和连接的电介质的层堆叠，其可以包括与诸如光信号检测器和调制器之类的有源光电子设备(即，具有光学接口和电学接口的设备)的对接。电后端元件的存在可能影响光学元件所处的位置(例如，通过阻挡或干扰光路径)并且影响制造期间光学元件的形成。端面耦合(efc)允许进入或离开pic的光路径使用与芯片上的接收波导相同方向上的表面。光传播用于端面耦合的区域一般无需有电学元件，因为电学元件吸收性高并且强烈地干扰光传播。因为经由efc接收到的光信号不需要改变光信号的传播方向，并且波干扰未被需要，所以efc在带宽方面提供了若干优点，但是仍然需要模式转换以处理在光纤和pic中使用的不同光束尺寸。

技术实现思路

0、概述

1、本公开中呈现的一个实施例是光子集成电路(pic)，包括：第一多个间隔件层；第二多个蚀刻停止层，其中，第二多个蚀刻停止层中的每个蚀刻停止层位于第一多个间隔件层中的两个间隔件层之间；以及光学耦合器，包括被布置为波导阵列的多个波导，波导阵列被配置为在传播方向上接收光信号，其中，多个波导中的每个波导位于被限定在蚀刻停止层和间隔件层之间的层界面处。

2、本公开中呈现的一个实施例是一种方法，包括：在间隔件材料的第一层中形成第一腔体；在第一层之上沉积波导材料以填充第一腔体；平坦化波导材料以限定与第一层的第一表面平齐的第一平面；在间隔件材料中形成第二腔体；电镀金属以填充第二腔体以限定穿过间隔件材料的电互连；以及去除金属的一部分以限定电互连的第二表面。

3、在本公开中呈现的一个实施例是一种方法，包括：在第一电介质层中形成电导体，其中，电导体的第一表面和限定第一表面的第一电介质层的第二表面在第一平面中被限定；在平行于第一平面的第二平面中在第一平面之上沉积第一蚀刻停止层；在平行于第二平面的第三平面中在第一蚀刻停止层上沉积第二电介质层；在平行于第三平面的第四平面中在第二电介质层上沉积第二蚀刻停止层；在平行于第四平面的第五平面中在第二蚀刻停止层上沉积第三电介质层；在第三电介质层中形成第一腔体；在第三电介质层上并且向第一腔体中沉积波导材料；相对于第三电介质层去除第五平面上方的波导材料；形成穿过第五平面、第四平面、第三平面、第二平面和第一平面的第二腔体，其中，第二腔体从第一蚀刻停止层暴露电导体的第一表面；以及在第二腔体中电镀金属以在电导体和第五平面之间形成互连。

4、在本公开中呈现的一个实施例是一种系统，包括：被配置为传送第一光束尺寸的光信号的外部光学设备和包括第一面和第二面的光子集成电路(pic)，第一面经由波导阵列被连接到外部光学设备上，波导阵列包括多个层和多个波导，多个层被限定在垂直于第一面的平面中，其中，多个层中的层包括蚀刻停止层和间隔件层，多个波导被限定在位于多个层中的相邻层对之间的界面处，第二面垂直于第一面，并且包括被连接到电互连的电接触件，电互连在平行于包括多个波导的第一面的平面中延伸穿过多个层。

5、在本公开中呈现的一个实施例是一种方法，包括：在第一电介质层中形成电导体，其中，电导体的第一表面和限定第一表面的第一电介质层的第二表面在第一平面中被限定；在平行于第一平面的第二平面中在第一平面之上沉积第一蚀刻停止层；在平行于第二平面的第三平面中在第一蚀刻停止层上沉积第二电介质层；在第二电介质层中形成第一腔体；在第二电介质层上并且向第一腔体中沉积波导材料；相对于第二电介质层去除第三平面上方的波导材料；在平行于第三平面的第四平面中在第二电介质层上沉积第二蚀刻停止层；在平行于第四平面的第五平面中在第二蚀刻停止层上沉积第三电介质层；形成穿过第五平面、第四平面、第三平面、第二平面和第一平面的第二腔体，其中，第二腔体从第一蚀刻停止层暴露电导体的第一表面；以及在第二腔体中电镀金属以在电导体和第五平面之间形成互连。

6、示例实施例

7、本发明提供端面耦合(efc)兼容波导与光子集成电路(pic)中的电后端的集成。电后端是电介质层的分层堆叠，分层堆叠中引入了电导体/互连。这些电导体被提供，用于通过pic将电能和信号路由到外部设备，并且在内部路由到操纵或测量pic上的光信号的各种有源元件。电后端产生在pic的光子层的顶部，并且可以用不同的工艺使用不同的材料构建，这些工艺与构建载体波导、有源光学设备和周围衬底的工艺不同。本公开提供了将波导集成到用于产生电后端以及物理设备(由电后端产生)的工艺中的方法。

8、因为用于在pic之间传输光信号的光纤的模式尺寸可能比用于pic的内部波导的模式尺寸大几个数量级，所以各种耦合结构被用作光斑尺寸转换器以提供高效的耦合。在pic中，模式转换波导阵列的光斑尺寸转换器可以用于改变进入或离开pic的光束的尺寸(例如，半径为x的初始光束增加到半径y或减小到半径z)。当接收来自光纤的输入光束时，一些波导阵列逐渐减小输入光束的尺寸，以将从光纤接收到的光信号分流到pic中的主波导。类似地，当向光纤提供输出光束时，一些波导阵列逐渐增大输出光束的尺寸，以将从pic的主波导接收到的光信号引导到光纤。pic的各种光学组件与光子芯片的后端中的电学组件共存，这些电子组件被设置在主光子层的上方(相对于共享衬底)。

9、虽然光栅耦合器(其将光信号从第一平面重新引导到第二平面)已经被证明为可用作提供低损耗光耦合的光斑尺寸转换器，但是光栅耦合器在其中操作的受限带宽会限制在高带宽pic中使用光栅耦合器的实用性。例如，光栅耦合器通常具有20nm至30nm(纳米)的操作带宽窗口，而cwdm4(4-信道粗波分复用)标准允许在73nm的带宽窗口上划分信号。本文所述的波导阵列(例如，在至少73nm、但是通常大于100nm的波长窗口中)在不干扰共享后端中的电学元件的构造的情况下提供跨模式尺寸的光信号的宽带耦合，该光信号具有低耦合损耗(例如，-1db(分贝)±10％)。

10、图1a和图1b以及2a至图2f示出了pic100的各种截面图，该pic100包括由在pic100的电后端中的若干波导120a至120f(总称为或统称为波导120)组成的波导阵列110。图1a和图1b示出了在第一平面(例如，平面xy)中的pic100的片段，以及图2a至图2f中示出的垂直平面(例如，平面xz)中的片段所处的若干位置。图3示出了突出关于图1a和图1b以及2a至图2f所讨论的波导120的相对布局的等距视图。

11、图1a示出了根据本公开实施例的pic100的efc部分，图1b示出了根据本公开实施例的pic100的第二部分。图1a和图1b中示出的pic100的视图是突出若干波导120a至120c的截面图，这些波导120a至120c包括用于将pic100中的载波波导与外部光学设备(被表示为光纤130)光耦合的波导阵列110。作为波导阵列的一部分的其他波导120在图1a和图1b中不可见，但是示参考图2a至图2f更详细地讨论。

12、虽然本文给出的示例主要讨论波导阵列110接收从光纤130输入到pic100的光信号(例如，接收来自光纤130的第一光束尺寸的光信号并且将该光信号移位到pic100中的较小的第二光束尺寸)，但是所描述的波导阵列110还可操作以将从pic100输出的光信号传输到光纤130(例如，接收pic100中的第一光束尺寸的光信号并且将该光信号移位到光纤130上较大的第二光束尺寸)。相应地，本领域的普通技术人员在无需进行过多的实验的情况下将能够在光信号的相反的传播方向上的一个传播方向上应用本文所提供的任何示例。

13、波导阵列110与efc布置中的pic100的第一侧上的光纤130光耦合，并且与载波或第四波导120d光耦合，该载波或第四波导120d位于内部并且远离pic100内的、连接到光纤130的面(例如，如图1b所示，而非图1a所示)。在各种实施例中，波导阵列110的波导120从与光纤130配合的pic100的表面凹入，并且配合表面可以包括各种保护或抗反射涂层。波导120被布置在光信号的传播方向上，使得从光纤130进入pic100的信号保持进入波导阵列110的传播方向。换句话说，光纤130的efc布置和波导阵列110允许设计者避免使用衍射或反射元件(例如，光栅、透镜、反射镜)，这些衍射或反射元件接收第一平面中的光并且将传播方向重引导到第二非平行平面。相反，波导阵列110在传播方向上将光信号从第一平面逐渐移位到第二平行平面，同时将光束尺寸从光纤130的光束尺寸调整到载波波导120的光束尺寸。相应地，波导阵列110在第一位置处开始并且在第二位置处结束，并且被配置为将在第一位置处接收到的光信号的光束尺寸减小到第二位置处的第二光束尺寸，从而使该光信号进入到中间或载波第四波导120d，该中间或载波第四波导120d被限定在其上形成电后端的光学衬底中。

14、虽然所示出的第四波导120d在本示例中被示为电后端中的载波波导，但是在各种实施例中，载波波导可以被限定在电后端之外。另外，各种实施例可以在没有中间波导的情况下将光信号直接传输到主光子层中的载波波导中(例如，从第三波导120c传输到第七波导120g；省略第四波导120d)。相应地，第四波导120d可以是可选的，或可以代表若干中间波导。通过包括一个或多个中间波导(例如，第四波导120d)，pic100的设计增加了到硅载体衬底的端面耦合的隔离，这减少了端面耦合处的干扰。另外，虽然一些所示出的示例示出了被限定在硅衬底中的中间和载波波导，但是在一些实施例中，中间波导和/或载波波导可以仅被限定在后端层中。

15、图2a至图2f示出了根据本公开实施例的图1a和图1b中示出的pic100在平面中的截面图，该平面垂直于图1a和图1b中示出的截面平面。将了解，存在于一个截面图中的各种特征可能不存在于其他截面图中，并且图2a至图2f中示出的特定元件提供可以被包括在pic100的电后端中的元件的示例的非限定性集合。

16、图2a示出了在端面接口处pic100的第一视图200a，在端面接口处，图1a中示出的光纤130与pic100光耦合。如图所示，波导阵列110被示出为具有五个波导120，包括波导120a至120c(如图1a和图1b所示)以及第五波导120e和第六波导120f。每个波导120被限定在一对电介质材料层之间的层界面处。电介质材料的邻近层通过各种蚀刻停止材料彼此隔离以限定已知厚度的间隔件层。如图所示，pic100的电后端包括在衬底230之上的六个电介质层210a至210f(统称为或总称为电介质层210)和六个蚀刻停止层220a至220f(统称为或总称为蚀刻停止层220)。将了解，在各种实施例中可以使用更多或更少的不同厚度的电介质层210和蚀刻停止层220。

17、电介质层210被限定在期望的高度(例如，在方向y上)以提供间隔件层，其中，光学元件和电学元件通过分层制造工艺被限定在电后端中。电介质层210中使用的电介质材料可以在每一层中相同，或在不同层中有所不同，并且可以包括用作间隔件材料的各种光学透射电介质材料，例如，二氧化硅(sio2)、氮化硅(sin)、碳化硅(sic)以及与pic100中使用的波导材料相比具有较低折射率的其他材料。在各种实施例中，每个电介质层210可以具有与其他电介质层210相同的高度，或各个电介质层210可以具有相对于彼此的不同高度。

18、在每对电介质层210之间(并且在衬底230和第一电介质层210a之间)存在蚀刻停止层220。蚀刻停止层220将电介质材料层彼此隔离，并且在电后端中形成电学元件和光学元件时提供控制。蚀刻停止材料可以包括各种材料，这些材料可包括sin、sic、碳氮化硅和其他光学透射蚀刻停止材料。蚀刻停止层220介于在分层制造工艺中蚀刻工艺穿透的地方(如参考图5a至图5j和图6更详细地讨论的)。

19、在一个实施例中，波导阵列110的波导120被限定在电介质层210中形成的腔体中，并且可以由蚀刻停止层220被封盖在波导的上表面和下表面中的一者或两者上。各个波导120由折射率高于各个波导120上方和下方的电介质层210的电介质材料的材料组成，以将光信号锚定在波导阵列110中。波导阵列110创建尺寸大致由波导120的水平和竖直范围限定的光学模式，其限定光信号。

20、衬底230限定了一层或多层硅或另一半导体材料，其中限定了载波、第四波导120d和一个或多个光电组件(未被示出)，例如，信号调制器、信号检测器、移相器等。虽然在图2a至图2f中被示出为具有单个层，但是衬底230可以包括若干层，这些层包括被设置在其中的各种光学组件、光电组件和电学组件，这些组件在图中未被示出。

21、为了与被设置在电后端的衬底230中的组件进行电接触，制造者可以包括在不同位置(如图2b、图2c和图2e所示)的各种电互连240a至240c(总称为或统称为电互连240或导电互连)，其具有到pic100的各种深度和布局，以提供从pic100的暴露表面到被包括在其中的各种电学组件和光电组件的电接触件、或在pic内的各个组件之间的电接触件。

22、电互连连接后端中的不同的点。可以在同一电介质层中的点之间进行连接。此外，如图2b、图2c和图2e中的电互连240所示出的，电互连可以在垂直于波导120的传播方向的方向上延伸穿过多个电介质层和蚀刻停止层的各层以及衬底230的一个或多个层。在各种实施例中，一些电互连240可以延伸穿过一些或所有电介质层和蚀刻停止层(并且不穿过衬底230)、穿过衬底230的一些或所有层(例如，作为“底部”接触件)、并且穿过衬底230的所有层以及电介质层和蚀刻停止层的一些层(例如，作为“底部”接触件)。

23、图2b示出了pic100的第二视图200b，该第二视图200b比图2a中示出的第一视图200a更靠pic100的内部。当波导120传播远离pic100的efc表面时，制造者可以改变一个或多个波导120的截面积，以相对于初始接收到的浓度将光信号集中到波导120上(或远离波导120)。例如，通过增加第三波导120c与波导阵列110的其他波导120的相对截面积，在初始efc界面处接收到的光信号(例如，如图2a所示)从波导120之间的均匀分布移位到集中在第三波导120c上的分布。在各种实施例中，制造者可以对各个波导120施加各种锥度，以将光逐渐集中到单个波导120上。在图2b中，通过增加第三波导120c的绝对截面积(相对于图2a)来增加第三波导120c的相对截面积，同时保持其他波导120的绝对截面积不变(相对于图2a)。在各种实施例中，除了增加单个集中波导120的绝对截面积之外，制造者可以减小波导阵列110中的其他波导120的绝对截面积。

24、图2c示出了pic100的第三视图200c，该第三视图200c比图2b中示出的第二视图200b更靠pic100的内部。当波导阵列110进一步延伸到pic100中时，制造者可以进一步使波导120逐渐变细以进一步将光集中到单个波导120上；本文中被示出为第三波导120c。例如，在第三视图200c中，制造者已经从波导阵列110中去除了第一波导120a、第二波导120b、第五波导120e和第六波导120f。在各种实施例中，从波导阵列110中去除一个或多个波导120可以包括逐渐减小那些波导120的绝对截面积、或突然终止波导120。

25、图2d示出了pic100的第四视图200d，该第四视图200d比图2c中示出的第三视图200c更靠pic100的内部。波导阵列110的其他波导120将光信号集中到其上的第三波导120c在衬底230中被呈现为具有第四波导120d(即，中间或载波波导120)。

26、图2e示出了pic100的第五视图200e，该第五视图200e比图2d中示出的第四视图200d更靠pic100的内部。制造者逐渐调整第三波导120c和第四波导120d的相对截面积，以将来自第三波导120c的光信号竖直耦合到第四波导120d中。如图2d和图2e所示，制造者逐渐减小第三波导120c的截面积，同时逐渐增大第四波导120d的截面积。虽然示出了在两个波导之间跨越一层的竖直耦合，但是在各种实施例中，竖直耦合可以跨越多于一层，并且可以在各个阶段中(例如，由被设置在不同层中的三个或多个波导120)执行。

27、图2f示出了pic100的第六视图200f，该第六视图200f比图2e中示出的第五视图200e更靠pic100的内部。一旦完成竖直耦合，就将光信号从第三波导120c分流到第四波导120d，制造者可以终止第三波导120c，从而终止波导阵列110。

28、图3示出了根据本公开实施例的图1a和图1b以及图2a至图2f中示出的pic100的等距视图，以突出波导阵列110中波导120的布置。图2b、图2c和图2e中示出的电互连240未在图3中示出，以便更好地示出波导120的布置。

29、efc布置由在光纤130(如图1a所示)和pic100内的载波波导之间波导阵列110实现。波导阵列110在与光纤130中使用的传播方向相同的传播方向上(例如，在图1a和图2a中示出的端面接口处)接收来自光纤130的进入pic100的光信号。然后，沿着波导阵列110在传播方向上的长度，通过减慢改变各种波导的宽度(或存在)(例如，如图2b和图2c中)，波导阵列110将光集中到波导阵列110的单个波导120(例如，第三波导120c)上。波导阵列110被配置有与光纤130的模式尺寸匹配的初始接收区域和从集合波导120到波导阵列的单个波导120的光信号的逐渐集中，该波导阵列110调整用于由衬底230中的载波波导120接收的模式尺寸。

30、一旦被集中在波导阵列110的单个波导120(例如，第三波导120c)上，通过减小单个波导120在传播方向上的截面积，同时也通过增大载波波导120在传播方向上的截面积，光信号可以可选地进一步被竖直耦合到不同级别的后端(例如，第四波导120d)上或衬底中的波导(例如，第五波导120e)。两个竖直耦合的波导120(例如，第三波导120c和第四波导120d)被配置为将光信号从一个平面逐渐移位到另一个平面，从而将光信号进一步传送到pic100中用于处理或分析。

31、图4a至图4c示出了根据本公开实施例的波导阵列110中的波导120的各种图案410a至410c(总称为或统称为图案410)。虽然被示出为具有不同数量的波导120，但是图4a至图4c中的每个图可以示出不同的波导阵列110或一个波导阵列110的不同截面图，以考虑沿光信号传播方向上的光束调节。

32、图4a示出了包括五个波导120a至120e的第一图案410a。在第一图案410a中，三个波导120a、120e、120c在电介质材料的不同层中彼此竖直对准，并且三个波导120d、120e、120b在电介质材料的同一层中彼此水平对准，其中，波导120e形成波导阵列110的中心部件。

33、图4b示出了包括两个波导120f和120g的第二图案410b，该两个波导120f和120g在电介质材料的同一层中彼此水平对准。在其他实施例中，第二图案410b可以被布置，使得两个波导120f和120g在电介质材料的不同层中彼此竖直对准。

34、图4c示出了包括四个波导120a至120d的第三图案410c。在第三图案410c中，两个波导120h、120j在电介质材料的不同层中彼此竖直对准，并且两个波导120i、120k在电介质材料的同一层中彼此水平对准。波导120的竖直对准和水平对准均以pic100内的共享点为中心。

35、波导阵列110的各种图案被构建，以将一种模式尺寸的光信号调整到另一种模式尺寸。相应地，制造者可以基于pic100中各个位置处的光信号的期望模式尺寸来选择波导120的数量、尺寸和布置以在波导阵列110中包括。

36、图5a至图5j示出了根据本公开实施例的使得在pic100的电后端中包括波导阵列110的pic100制造工艺的截面图。因为电后端包括彼此堆叠并且其中被限定有各种组件的层集，所以参考图5a至图5j中示出的层提供了给定的顺序标记(例如，第一、第二、第三)，而不是对作为整体的后端的绝对标记。例如，后端的一个视图中的第一层可以对应于后端的不同视图中的第四层或第七层。

37、图5a示出了pic100的光子层的上一级别或电后端层的初始截面图。在初始图中，电介质材料的第一层520a包括第一电接触件510a和第二电接触件510b。基于图5a的初始截面图，制造者可以沉积电介质材料和蚀刻停止材料的附加层以产生图5b中的第二截面图。

38、图5b示出了第二截面图，其包括第一蚀刻停止层530a，第一蚀刻停止层530a被沉积在电接触件510a、电接触件510b和第一电介质层520a的上表面之上，第二电介质层520b被沉积在第一蚀刻停止层530a上。第二截面图还包括被沉积在第二电介质层520b的上表面之上的第二蚀刻停止层530b，第三电介质层520c被沉积在第二蚀刻停止层530b上。基于第二截面图，制造者可以在第三电介质层520c中限定具有期望的截面积的一个或多个腔体以产生图5c中的第三截面图。虽然此实施例被描述为具有三个电介质层和两个蚀刻停止层，但是应当理解，针对仅仅一个层集合或多于两个的层集合考虑了对应工艺。

39、图5c示出了第三截面图，其包括被限定在第三电介质层520c中的腔体。虽然被示出为具有一个腔体，但是在各种实施例中，在准备形成各种波导时制造者可以在第三电介质层520c中限定若干腔体。制造者可以针对腔体(及所得波导)限定各种截面积，该腔体(及所得波导)可以部分地在第三电介质层520c内延伸，完全向下延伸到第二蚀刻停止层530b或延伸超出第二蚀刻停止层530b(例如，延伸进入或经过第二电介质层520b)。将了解，制造者可以限定腔体以延伸进入各种长度的页面或从各种长度的页面延伸出去，并且可以保持截面积不变或沿着腔体的长度改变截面积。

40、在图5d中，制造者已经在第三电介质层520c之上沉积了波导材料540(例如，sin)，从而填充图5c中示出的腔体。

41、图5e示出了第五截面图，其示出了制造者已经从第三电介质层520c(如图5d所示)中去除多余的波导材料540，从而提供了包括第三电介质层520c的上表面的平坦表面和留在腔体中的波导材料。在各种实施例中，制造者使用化学机械抛光工艺来去除多余的波导材料，以完成被限定在第三电介质层520c中的腔体中的波导120的构建。基于第五截面图，制造者可以在第三电介质层520c中限定具有期望的截面积的一个或多个腔体以产生图5f中的第六截面图。

42、图5f示出了第六截面图，其包括被限定在第三电介质层520c中的两个腔体。虽然被示出为具有两个腔体，但在各种实施例中，在准备形成各种金属化时制造者可以在第三电介质层520c中限定更多或更少的腔体。制造者可以针对腔体(和所得金属化)限定各种截面积，该腔体(和所得金属化)可以向下延伸到第二蚀刻停止层530b。将了解，制造者可以限定腔体以延伸进入各种长度的页面或从各种长度的页面延伸出去，并且可以保持截面积不变或沿着腔体的长度改变截面积。基于第六截面图，制造者可以延伸并且(可选地)组合一个或多个经过第三电介质层520c和穿过第二电介质层520b的腔体，以产生图5g中的第七截面图。

43、图5g示出了第七截面图，其包括穿过第三电介质层520c、第二蚀刻停止层530b、第二电介质层520b和第一蚀刻停止层530a而限定的腔体。该腔体组合了图5f中示出的两个腔体，蚀刻穿过第三电介质层520c的中间材料并且穿过第二电介质层520b，以与第一电接触件510a和第二电接触件510b对准。基于第七截面图，制造者沉积扩散阻挡层和金属晶种层以产生图5h中的第八截面图。

44、图5h示出了第八截面图，其包括诸如扩散阻挡层和金属晶种层之类的附加处理层550，附加处理层550被沉积在图5g中的第七截面图中示出的被暴露的最上面表面上。在各种实施例中，制造者使用物理气相沉积(pvd)来制备用于电镀操作的表面，以产生图5i的第九截面图。

45、图5i示出了包括金属510c的第九截面图，金属510c被电镀到用金属晶种层(如图5h所示)处理的表面。电镀金属填充穿过第二电介质层520b和第三电介质层520c而形成的腔体，并且延伸到第三电介质层520c的上表面上方。基于第九截面图，制造者去除第三电介质层520c(以及其中被限定的任何波导120)的上表面上方的多余金属和多余处理层550，以产生图5j中的第十截面图。

46、图5j示出了使这些层平坦化以提供新表面的第十截面图，在该新表面上沉积附加电介质材料层以进一步扩展电后端。制造者可以继续添加电介质材料层并且在其中各种位置处限定光学元件和电学元件以构建如图1a和图1b、图2a至图2f以及图3中所描述的pic100的电后端或其中限定有不同布置和不同数量的元件的各种pic100。

47、图6a至图6k示出了根据本公开实施例的使得在pic100的电后端中包括波导阵列110的pic100制造工艺的截面图。与图5a至图5j中示出的截面图相比，制造者在各层中已经选择了不同的位置以限定波导120。制造者可以在叠层中的不同位置限定波导120。因为电后端包括彼此堆叠并且其中被限定有各种组件的层集，所以参考图6a至图6k中示出的层提供了给定的顺序标记(例如，第一、第二、第三)，而不是对作为整体的后端的绝对标记。例如，后端的一个视图中的第一层可以对应于后端的不同视图中的第四层或第七层。

48、图6a示出了pic100的光子层的上一级别或电后端层的初始截面图。在初始图中，电介质材料的第一层520a包括第一电接触件510a和第二电接触件510b。基于图6a的初始截面图，制造者可以沉积电介质材料和蚀刻停止材料的附加层以产生图6b中的第二截面图。

49、图6b示出了第二截面图，其包括第一蚀刻停止层530a，第一蚀刻停止层530a被沉积在电接触件510a、电接触件510b和第一电介质层520a的上表面之上，第二电介质层520b被沉积在第一蚀刻停止层530a上。基于第二截面图，制造者可以在第二电介质层520b中限定具有期望的截面积的一个或多个腔体以产生图6c中的第三截面图。虽然该实施例被描述为具有两个电介质层和一个蚀刻停止层，但是应当理解，针对各种数量的层考虑了对应工艺。

50、图6c示出了第三截面图，其包括被限定在第二电介质层520b中的腔体。虽然被示出为具有一个腔体，但是在各种实施例中，在准备形成各种波导时制造者可以在第二电介质层520b中限定若干腔体。制造者可以针对腔体(及所得波导)限定各种截面积，该腔体(及所得波导)可以部分地在第二电介质层520b内延伸，完全向下延伸到第一蚀刻停止层530a或延伸超出第一蚀刻停止层530a(例如，延伸进入或经过第一电介质层520a)。将了解，制造者可以限定腔体以延伸进入各种长度的页面或从各种长度的页面延伸出去，并且可以保持截面积不变或沿着腔体的长度改变截面积。

51、在图6d中，制造者已经在第二电介质层520b之上沉积了波导材料540(例如，sin)，从而填充图6c中示出的腔体。

52、图6e示出了第五截面图，其示出了制造者已经从第二电介质层520b(如图6d所示)中去除多余的波导材料540，从而提供了包括第二电介质层520b的上表面的平坦表面和留在腔体中的波导材料540。在各种实施例中，制造者使用化学机械抛光工艺来去除多余的波导材料540，以完成被限定在第二电介质层520b中的腔体中的波导120的构建。基于第五截面图，制造者可以在第二电介质层520b的上表面和多余波导材料540上沉积一层或多层电介质材料和蚀刻停止材料，以产生图6f中的第六截面图。

53、图6f示出了第六截面图，其示出了制造者已经在第二电介质层520b的上表面和多余波导材料540上沉积了第二蚀刻停止层530b，并且已经在第二蚀刻停止层530b的上表面上沉积了第三电介质层520c。虽然被示出为具有两个沉积层，但是在各种实施例中，制造者可以在继续限定如图6g和图6h中的腔体以暴露电接触件510之前沉积蚀刻停止材料和电介质材料的多个层。

54、图6g示出了第七截面图，其包括被限定在第三电介质层520c中的两个腔体。虽然被示出为具有两个腔体，但在各种实施例中，在准备形成各种金属化时制造者可以在第三电介质层520c中限定更多或更少的腔体。制造者可以针对腔体(和所得金属化)限定各种截面积，该腔体(和所得金属化)可以向下延伸到第二蚀刻停止层530b。将了解，制造者可以限定腔体以延伸进入各种长度的页面或从各种长度的页面延伸出去，并且可以保持截面积不变或沿着腔体的长度改变截面积。基于第七截面图，制造者可以延伸并且(可选地)组合一个或多个经过第三电介质层520c和穿过第二电介质层520b的腔体，以产生图6h中的第八截面图。

55、图6h示出了第八截面图，其包括穿过第三电介质层520c、第二蚀刻停止层530b、第二电介质层520b和第一蚀刻停止层530a而限定的腔体。该腔体组合了图6g中示出的两个腔体，蚀刻穿过第三电介质层520c的中间材料并且穿过第二电介质层520b，以与第一电接触件510a和第二电接触件510b对准。基于第八截面图，制造者沉积扩散阻挡层和金属晶种层作为处理层550，以产生图6i中的第九截面图。

56、图6i示出了第九截面图，其包括诸如扩散阻挡层和金属晶种层之类的处理层550，处理层550被沉积在图6h中的第八截面图中示出的被暴露的最上面表面上。在各种实施例中，制造者使用物理气相沉积(pvd)来制备用于电镀操作的表面，以产生图6j的第十截面图。

57、图6j示出了包括金属510c的第十截面图，金属510c被电镀到用作为处理层550的金属晶种层(如图6i所示)处理的表面。电镀金属填充穿过第二电介质层520b和第三电介质层520c而形成的腔体，并且延伸到第三电介质层520c的上表面上方。基于第十截面图，制造者去除第三电介质层520c(以及其中被限定的任何波导120)的上表面上方的多余金属510c和多余处理层550，以产生图6k中的第十一截面图。

58、图6k示出了使这些层平坦化以提供新表面的第十一截面图，在该新表面上沉积附加电介质材料层以进一步扩展电后端。制造者可以继续添加电介质材料层并且在其中各种位置处限定光学元件和电学元件以构建如图1a和图1b、图2a至图2f以及图3中所描述的pic100的电后端或其中限定有不同布置和不同数量的元件的各种pic100。

59、图7是根据本公开实施例的用于制造pic100以在其电后端中包括波导阵列的方法700的流程图。制造者可以执行方法700的若干迭代以在用于制造pic100的电后端工艺中形成若干波导120和电导体/互连。因此，一次迭代中的基本层可能已经由先前迭代形成为最终层，或一次迭代中的最终层可能在随后的迭代中提供基本层。相应地，虽然各种层可以被称为“第一”层或“第二”层，但是这些顺序标记是在方法700的一次迭代的上下文中提供的，并且在与方法700的多次迭代相关联的上下文中可以使用其他顺序标记。在一些实施例中，制造者可以选择在一些迭代中跳过方法700中的某些步骤，以创建包含波导或电接触件而不是均包含这两者的迭代。

60、方法700开始于框710，其中，制造者在正在被制造的pic100的任何层之上沉积第一蚀刻停止层和第一电介质层。第一电介质层提供被限定在第一平面中的第一表面，制造者在第一平面上沉积第二蚀刻停止层和第二电介质层。在各种实施例中，制造者在相应的第二平面和第三平面中沉积第二蚀刻停止层和第二电介质层以限定间隔件层，一个或多个波导120可以根据图5a至图5j以已知高度和深度被形成在间隔物层上方，并且制造者可以继续添加蚀刻停止层和电介质材料层直到实现距初始层的期望高度为止。在其他实施例中，例如当由图6a至图6k中的一个层集合实现距初始层的期望高度时，制造者在沉积第一蚀刻停止层和第一电介质层之后前进到框720。

61、在框720处，制造者形成期望数量的腔体，该腔体与要在最上面的电介质层的高度处形成的波导的数量匹配。在各种实施例中，制造者可以形成零个腔体，并且可以返回到框710以准备方法700的下个迭代。例如，在根据框710沉积第二蚀刻停止层和第二电介质层之后，如果制造者不希望在第二电介质层中形成波导120的腔体，则方法700前进到框750以在框750、框760和框770中形成电互连。

62、当期望数量的腔体为至少一个时，制造者使用各种光刻工艺以期望宽度向下蚀刻穿过第二电介质层到期望深度(包括上至、下至或超过蚀刻停止层)以形成与波导120的期望截面面积匹配的腔体以在pic100中包括。在各种实施例中，腔体的宽度可以在pic100的各个部分处有所变化，以限定预期波导的各种形状，从而将光信号引导到pic100的不同层、光束形成等。腔体在垂直于电介质层表面的平面中限定具有期望截面积的各种波导路径。另外，当形成多个腔体时，无论是在方法700的一次迭代中还是在多次迭代中，各个腔体的截面积和长度的尺寸可以彼此相同或不同。

63、当在框720中使用化学蚀刻工艺形成腔体时(除了机械蚀刻工艺之外或代替机械蚀刻工艺)，制造者可以将抗蚀剂掩模施加到最上面的电介质层的暴露面上，以限定正在被形成的腔体的(一个或多个)期望宽度。如果施加了抗蚀剂掩模，则制造者在框720结束时去除抗蚀剂掩模。

64、在框730处，制造者将波导材料沉积到在框720中形成的腔体中。制造者将波导材料沉积在最上面的电介质层上并且沉积到在其中形成的任何腔体中。在一个示例中，制造者使用化学气相沉积将sin膜沉积到pic100的暴露表面上。

65、在框740处，制造者平坦化在框730中沉积的波导材料。在各种实施例中，制造者去除由电介质层的上表面限定的平面上方的任何波导材料，电介质层中根据框720形成任何腔体。在各种实施例中，制造者在具有最上面的电介质层的共享平面中的波导材料的表面上使用化学机械抛光(cmp)工艺，此时完成波导。在平坦化之后，在高于最上面的电介质层的上表面的高度处不存在波导材料或存在最少的波导材料。换句话说，腔体填充有波导材料，并且限定具有最上面的电介质层的共享平面表面，方法700的未来迭代可以在该最上面的电介质层上沉积电介质材料的附加层，制造者在该附加层中或该附加层上可以限定附加电学元件或光学元件。在一些实施例中，方法700可以返回到框710，以便制造者在前进到框750之前沉积附加电介质层和蚀刻停止材料层，如图6a至6k所示。

66、在框750处，制造者以光刻的方式蚀刻附加腔体，以通过任何中间蚀刻停止层和电介质层建立到电互连的电接触件到由最上面的电介质层的上表面和在其中被限定的波导限定的平面。在各种实施例中，可以使用机械蚀刻技术和化学蚀刻技术中的一者或两者在一个步骤或多个步骤中执行光刻蚀刻。在一个示例中，制造者执行第一光刻蚀刻穿过最上面的电介质层直到到达最上面的蚀刻停止层(参见例如图5f和图6g)，然后执行第二光刻蚀刻穿过最上面的蚀刻停止层并且穿过下一电介质层，以暴露一个或多个下面的电导体(参见例如图5g和图6h)。在各种实施例中，光刻蚀刻形成各种不同的形状，用于由此暴露的电导体的预期扩展。

67、在框760处，制造者在最上面的电介质层的上表面和由框750中执行的蚀刻工艺暴露的表面上沉积扩散阻挡层和金属化晶种层作为处理层550。

68、在框770处，制造者在框750中形成的腔体中电镀金属，以在(一个或多个)电导体之间形成互连，该(一个或多个)电导体由到最上面的电介质层的上表面的腔体暴露。在各种实施例中，制造者去除由最上面的电介质层的上表面限定的平面上方的任何电镀金属，该最上面的电介质层中根据框750形成腔体。在各种实施例中，互连形成在方法700的随后迭代中使用的电接触件的基础，或可以通过表面迹线提供接触表面，被安装的组件或导线可以电连接到被限定在pic100内的一个或多个有源元件。

69、在各种实施例中，在框770之后，方法700可以返回到框710以执行附加迭代。在随后的迭代期间，在较早迭代中形成的电介质、(一个或多个)波导和(一个或多个)电互连由蚀刻停止材料和电介质材料的附加层封装，蚀刻停止材料和电介质材料的附加层中更多波导被形成并且电连接被延伸到pic100的上表面。制造者一旦限定了电后端中波导的期望数量以及pic100的电互连级别的期望数量，在最终迭代中完成框770之后，方法700可以结束。

70、相应地，通过方法700的若干迭代，在第一迭代期间，制造者可以在间隔件材料的第一层中形成(根据框720)第一腔体，在第一层上沉积(根据框730)波导材料以填充第一腔体，平坦化(根据框740)波导材料以限定与第一层的第一表面平齐的第一平面，在间隔件材料中形成(根据框750)第二腔体，在第一平面之上电镀(根据框770)金属以填充第二腔体，从而限定穿过间隔件材料的电互连；以及将金属的一部分去除(根据框770)到第一平面以限定与第一层的第一表面平齐的电互连的第二表面。在一些实施例中，制造者可以在离第一腔体不同位置处的间隔件材料的第一层中形成(根据框720)第三腔体，使得在第一层上沉积(根据框730)波导材料填充第三腔体以限定附加波导。在第一迭代之后，制造者可以在第二表面上沉积蚀刻停止层(根据框710)，然后在蚀刻停止层之上沉积(根据框710)间隔件材料的第二层以限定平行于第一层的第一表面的第三表面。

71、在本公开中，参考了各种实施例。然而，本公开的范围不限于特定描述的实施例。而是，无论是否涉及不同的实施例，所描述的特征和元件的任何组合都被考虑用于实现和实践被考虑的实施例。另外，当以“a和b中的至少一个”的形式描述实施例的要素时，应当理解的是，仅包括要素a、仅包括要素b以及包括要素a和b的实施例均被考虑。此外，虽然本文公开的实施例可以实现优于其他可能的方案或优于现有技术的优点，但是通过给定的实施例是否实现特定的优点并不限制本公开的范围。因此，本文公开的各方面、特征、实施例和优点仅是说明性的，除非在权利要求中明确记载，否则不被视为所附权利要求的要素或限制。同样，对“本发明”的提及不应被解释为对本文公开的任何发明主题的概括，除非在权利要求中明确记载，否则不应被视为所附权利要求的要素或限制。

72、附图中的流程图和框图示出了根据各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现方式的架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个框都可以表示模块、片段或代码的一部分，其包含用于实现(一个或多个)特定逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应当注意，在一些替代实现方式中，在框中提到的功能可以按照不同于在附图中提到的顺序出现。例如，取决于所涉及的功能，连续示出的两个框实际上可以基本上同时执行，或者框有时可以以相反的顺序执行。还应当注意，框图和/或流程图中的每个框、以及框图和/或流程图中的框的组合可以通过执行特定功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或通过专用硬件和计算机指令的组合来实现。

73、鉴于前述内容，本公开的范围由所附权利要求确定。