波导结构及其形成方法与流程

1.本发明实施例涉及波导结构及其形成方法。


背景技术：

2.光学衰减器或光纤衰减器是用于减小光学信号在自由空间或光纤中的功率电平的装置。光学衰减器常用于光纤通信中以通过暂时增加信号损耗的校准量来测试功率功率电平裕度，或经永久安装以适当匹配发射器及接收器电平。急弯使光纤承受应力且会引起损耗。如果接收信号太强，那么暂时解决方法是将电缆缠绕于笔上，直到达到所要衰减电平。然而，此类布置是不可靠的，因为受应力光纤往往随时间断裂。


技术实现要素：

3.根据本发明的实施例，一种光学衰减结构包括：衬底；波导，其沿所述衬底延伸；第一掺杂区，其放置于所述衬底上方且沿所述波导延伸；第二掺杂区，其与所述第一掺杂区相对且通过所述波导与所述第一掺杂区分离；第一电极，其沿所述衬底且在所述第一掺杂区中延伸；第二电极，其沿所述衬底且在所述第二掺杂区中延伸；第一光学衰减部件，其与所述波导耦合且放置于所述波导与所述第一电极之间；及电介质层，其放置于所述衬底上方且覆盖所述波导、所述第一掺杂区及所述第二掺杂区及所述第一光学衰减部件。
4.根据本发明的实施例，一种光学衰减结构包括：硅部分，其包括：第一突起，其具有第一导电类型；第二突起，其具有不同于所述第一导电类型的第二导电类型；第三突起，其放置于所述第一突起与所述第二突起之间，其中所述第一突起、所述第二突起及所述第三突起大体上平行；及第四突起，其放置于所述第一突起与所述第三突起之间，其中所述第四突起的高度小于所述第一突起的高度或所述第二突起的高度；及电介质部分，其包围所述硅部分。
5.根据本发明的实施例，一种制造光学衰减结构的方法包括：接收衬底；移除所述衬底的部分以形成具有不同高度的多个突起；向所述半导体衬底植入不同类型的掺杂剂以形成第一掺杂区及与所述第一掺杂区分离的第二掺杂区；及形成电介质层以包围所述衬底。
附图说明
6.从结合附图阅读的以下详细描述最好理解本发明的方面。应强调，根据行业标准做法，各种构件未按比例绘制。实际上，为使讨论清楚，可任意增大或减小各种构件的尺寸。
7.图1是根据本发明的一些实施例的光学衰减结构的示意性3d图。
8.图2是图1的光学衰减结构的示意性侧视图。
9.图3是根据本发明的一些实施例的光学衰减结构的示意性3d图。
10.图4是图3的光学衰减结构的示意性侧视图。
11.图5是根据本发明的一些实施例的光学衰减结构的示意性3d图。
12.图6是图5的光学衰减结构的示意性侧视图。
13.图7是根据本发明的一些实施例的光学衰减结构的示意性3d图。
14.图8是图7的光学衰减结构的示意性侧视图。
15.图9是根据本发明的一些实施例的光学衰减结构的示意性3d图。
16.图10是图9的光学衰减结构的示意性侧视图。
17.图11是根据本发明的一些实施例的光学衰减结构的示意性3d图。
18.图12是图11的光学衰减结构的示意性侧视图。
19.图13是根据本发明的一些实施例的光学衰减结构的示意性3d图。
20.图14是图13的光学衰减结构的示意性侧视图。
21.图15是根据本发明的一些实施例的光学衰减结构的示意性3d图。
22.图16是图15的光学衰减结构的示意性侧视图。
23.图17是根据本发明的不同实施例的用于形成光学衰减结构的方法的流程图。
24.图18到图27是根据本发明的一些实施例的方法的不同阶段中的光学衰减结构的横截面。
25.图28到图29是根据本发明的一些实施例的方法的不同阶段中的光学衰减结构的横截面。
具体实施方式
26.以下揭露提供用于实施所提供标的物的不同特征的许多不同实施例或实例。下文将描述元件及布置的特定实例以简化本揭露。当然，这些仅为实例且不意在限制。例如，在以下描述中，使第一构件形成于第二构件上方或第二构件上可包含其中形成直接接触的所述第一构件及所述第二构件的实施例，且还可包含其中额外构件可形成于所述第一构件与所述第二构件之间使得所述第一构件及所述第二构件可不直接接触的实施例。另外，本揭露可在各种实例中重复元件符号及/或字母。此重复是为了简单及清楚且其本身不指示所讨论的各种实施例及/或配置之间的关系。
27.此外，为便于描述，例如“下面”、“下方”、“下”、“上方(above)”、“上方(over)”、“上”、“在
…
上”及其类似者的空间相对术语在本文中可用于描述元件或构件与另一(些)元件或构件的关系，如图中所说明。空间相对术语除涵盖图中所描绘的定向之外，还希望涵盖装置在使用或操作中的不同定向。可以其它方式定向设备(旋转90度或以其它定向)且还可相应地解释本文中所使用的空间相对描述词。
28.如本文中所使用，尽管例如“第一”、“第二”及“第三”的术语描述各种元件、组件、区、层及/或区段，但此类元件、组件、区、层及/或区段不应受限于此类术语。此类术语可仅用于使元件、组件、区、层或区段彼此区分。除非内文清楚指示，否则本文中所使用的例如“第一”、“第二”及“第三”的术语不隐含序列或顺序。
29.尽管阐述本发明的广泛范围的数值范围及参数是近似值，但应尽可能精确报告具体实例中所阐述的数值。然而，任何数值固有地含有由相应测试测量中所见的标准偏差必然所致的特定误差。此外，如本文中所使用，术语“大体上”、“大致”或“约”一般意味着在所属领域的一般技术人员可考虑的值或范围内。替代地，术语“大体上”、“大致”或“约”意味着在所属领域的一般技术人员所考虑的平均值的可接受标准偏差内。所属领域的一般技术人员应了解，可接受标准偏差可根据不同技术而变化。除在操作/工作实例中之外或除非另有
明确说明，否则本文中所揭露的所有数值范围、量、值及百分比(例如材料数量、持续时间、温度、操作条件、量比及其类似者的数值范围、量、值及百分比)应被理解为在所有例子中由术语“大体上”、“大致”或“约”修饰。因此，除非有相反指示，否则本揭露及所附权利要求书中所阐述的数值参数是可根据期望变化的近似值。最后，每一数值参数至少应鉴于所报告的有效数字数且通过应用普通舍入技术来解释。范围在本文中可表示为从一个端点到另一端点或介于两个端点之间。除非另有说明，否则本文中所揭露的所有范围包含端点。
30.可变光学衰减器(voa)广泛用于使信号均衡的分波多路复用(wdm)光学系统。激光信号可通过分束器以产生具有不同波长的多个光学信号，且voa将通过提供大衰减来使光学信号均衡以达到可允许光学功率电平。在信号发射到光学检测器且转换成电信号之前，还在接收器位置认证voa。voa包含正向p
‑
i
‑
n结结构，且提供正向偏置电压以产生光学损耗来改善均衡。voa的波导中的自由载子在施加正向偏置电压时导致电流控制的可变衰减，然而，其导致高注入电流及大功耗以造成特定波长(或特定波长范围)的默认光学损耗(例如，大于30db的光学损耗)。
31.本揭露提供voa结构，其包含光学衰减部件以实现具有较低功耗的默认光学损耗。光学信号受周围环境影响，因此，光学衰减部件经设计以相邻于波导形成以提供目标波长(或目标波长范围)的光学损耗。默认光学损耗的一些光学损耗归因于光学衰减部件，因此，可由较低功耗实现目标波长(或目标波长范围)上所需的相同默认光学损耗。本揭露还可包含加热器以调整波长的相位以进一步调谐目标波长及voa结构的性能。
32.图1展示根据本发明的一些实施例的光学衰减结构oa1。光学衰减结构oa1包含衬底11、波导12及掺杂区13。在一些实施例中，衬底11是半导电衬底。在一些实施例中，衬底11包含：元素半导电衬底，例如硅或锗；化合物半导体衬底，例如硅锗、碳化硅、砷化镓、磷化镓、磷化铟或砷化铟；或其组合。在一些实施例中，波导12包含相同或类似于衬底11的材料的材料。在一些实施例中，波导12的高度h12及衬底11的高度h11之和可根据不同应用的不同频带来调整，其中高度h12及高度h11沿z方向测量。在一些实施例中，高度h12及高度h11之和在100nm到500nm的范围内。在一些实施例中，高度h12及高度h11之和在200nm到300nm的范围内。在一些实施例中，波导12的宽度w12在250nm到2um的范围内，其中宽度w12沿衬底11的x方向或延伸方向测量。在一些实施例中，宽度w12在300nm到500nm的范围内。沿波导12的y方向或纵向方向测量的波导12的长度l12取决于光学信号的传播距离，且其不受限于此。
33.掺杂区13放置于衬底11上方。掺杂区13包含第一掺杂区r131及第二掺杂区r132。第二掺杂区r132与第一掺杂区r131相对且通过波导12与第一掺杂区r131分离。第一掺杂区r131包含第一类型的掺杂剂且第二掺杂区r132包含不同于第一类型的掺杂剂的第二类型的掺杂剂。在一些实施例中，第一掺杂区r131是p型掺杂区(或掺杂区13的正区)，且第二掺杂区r132是n型掺杂区(或掺杂区13的负区)。在一些实施例中，第一掺杂区r131是n型掺杂区(或负区)，且第二掺杂区r132是p型掺杂区(或正区)。
34.掺杂区13的本征区r133由第一掺杂区r131及第二掺杂区r132界定。本征区r133放置于第一掺杂区r131与第二掺杂区r132之间以形成核心区。当将正向偏置电压施加于掺杂区13时，迫使第一掺杂区r131及第二掺杂区r132中的自由载子注入到核心区(即，本征区r133)中。接着，注入自由载子在波导12中吸收光以导致光学衰减。波导12放置于本征区
r133中。本征区r133的尺寸d133(其经测量为第一掺杂区r131与第二掺杂区r132之间沿衬底11的延伸方向(即，图1的实施例中的x方向)的距离d133)取决于不同要求或装置，且其不受限于此。另外，第一掺杂区r131的尺寸d131及第二掺杂区r132的尺寸d132可取决于不同要求或装置而调整，且其不受限于此，其中尺寸d131及尺寸d132沿x方向的衬底11的延伸方向测量。
35.根据不同应用，尺寸d131及尺寸d132可大体上相同或不同。在一些实施例中，第一掺杂区r131包含不同掺杂浓度。在一些实施例中，覆盖第一电极131的第一掺杂区r131的第一部分具有比靠近本征区r133的第一掺杂区r131的第二部分的掺杂浓度高的掺杂浓度。在一些实施例中，覆盖第二电极132的第二掺杂区r132的第一部分具有比靠近本征区r133的第二掺杂区r132的第二部分的掺杂浓度高的掺杂浓度。在一些实施例中，第一掺杂区r131的第一部分及第二掺杂区r132的第一部分分别大于1e20个原子/cm3。在一些实施例中，第一掺杂区r131的第二部分及第二掺杂区r132的第二部分分别在1e16个原子/cm3到1e21个原子/cm3的范围内以改善衰减性能。在一些实施例中，第一掺杂区r131的第二部分及第二掺杂区r132的第二部分分别在1e17个原子/cm3到1e18个原子/cm3的范围内以使信号损耗较大。较高掺杂浓度可提供较大信号损耗，但具有较大功耗及插入损耗作为权衡。因此，可根据不同应用及要求分别调整第一掺杂区r131的第一部分及第二部分及第二掺杂区r132的第一部分及第二部分的掺杂浓度。在一些实施例中，为改善衰减性能，第一掺杂区r131与第二掺杂区r132之间的掺杂浓度比在1到100的范围内，其中p型掺杂浓度等于或高于n型掺杂浓度。在一些实施例中，p型掺杂浓度与n型掺杂浓度的比率在1到10的范围内。具有不同浓度的第一掺杂区r131及第二掺杂区r132的不同区未展示于图1中，但将在以下结合附图的描述中进一步说明。
36.第一电极131放置于衬底11上方及第一掺杂区r131中。第二电极放置于衬底11上方及第二掺杂区r132中。第一电极131及第二电极132沿衬底11延伸。在一些实施例中，第一电极131、第二电极132及波导12沿相同方向(例如y方向)延伸。在一些实施例中，第一电极131、第二电极132及波导12大体上彼此平行。在一些实施例中，第一电极131的高度h131及第二电极132的高度h132分别大体上等于波导12的高度h12，其中高度h131及高度h132沿y方向测量。第一电极131的长度l131及第二电极132的长度l132(其沿y方向测量)大体上等于波导12的长度l12。
37.光学衰减结构oa1进一步包含第一光学衰减部件14及第二光学衰减部件15。第一光学衰减部件14及第二光学衰减部件15与波导12耦合。第一光学衰减部件14放置于衬底11上方及波导12与第一电极131之间。第二光学衰减部件15放置于衬底11上方及波导12与第二电极132之间。在一些实施例中，第一光学衰减部件14放置于第一掺杂区r131中。在一些实施例中，第二光学衰减部件15放置于第二掺杂区r132中。
38.第一光学衰减部件14及第二光学衰减部件15可影响在光学衰减结构oa1中传输的光学信号。在一些实施例中，光学衰减结构oa1可仅包含第一光学衰减部件14及第二光学衰减部件15中的一者。在一些实施例中，归因于波长的对称图案，第一光学衰减部件14及第二光学衰减部件15相对于波导12对称放置。只要存在面向波导12的结构差异，那么第一光学衰减部件14及第二光学衰减部件15的配置就不受限于此。
39.在图1的实施例中，第一光学衰减部件14包含第一部分141及第二部分142。第一部
分141及第二部分142沿第一电极131的纵向方向(例如y方向)交替布置。第一部分141的高度h141大体上等于第二部分142的高度h142，其中高度h141及高度h142在衬底上方且沿z方向或大体上垂直于衬底11的延伸方向及第一电极131的纵向方向的方向测量。在图1的实施例中，高度h141及高度h142大体上等于高度h131、高度h132及/或高度h12。
40.在图1的实施例中，第一部分141的宽度w141及第二部分142的宽度w142不同，因此，第一光学衰减部件14可提供信号损耗，即使高度h131及高度h132大体上相同。如图1中所展示，第一部分141的宽度w141小于第一光学衰减部件14的第二部分142的宽度w142，其中宽度w141及宽度w142沿x方向测量。在其它实施例中，第一部分141的宽度w141可大于第二部分142的宽度w142，且其不受限于此。第一部分的长度l141及第二部分的长度l142可大体上相等或不同，其中长度l141及长度l142沿第一电极131的y方向或纵向方向测量。在图1的实施例中，长度l141大于长度l142供说明而非限制。
41.第一光学衰减部件14可包含一或多个部分。图1仅展示两个部分141及142供说明。根据用于衰减的不同目标波长来调整第一光学衰减部件14的不同部分的长度、宽度及高度。在一些实施例中，第一光学衰减部件14包含沿y方向交替布置的两个以上不同部分。在一些实施例中，第一光学衰减部件14仅包含第一部分141或第二部分142。
42.可取决于通过第一光学衰减部件14的目标信号损耗来调整第一光学衰减部件14的长度l14。长度l14沿y方向测量于第一光学衰减部件14的两个边缘之间，长度l14还可被理解为第一光学衰减部件14的总长度。在图1的实施例中，长度l14大体上等于第一电极13的长度l131或波导12的长度l12。在其它实施例中，长度l14小于第一电极13的长度l131或波导12的长度l12。第一光学衰减部件14的较大长度l14提供较大信号损耗。
43.在一些实施例中，第二光学衰减部件15及第一光学衰减部件14相对于波导12对称。在图1的实施例中，第二光学衰减部件15的第一部分151与第一光学衰减部件14的第一部分141大体上相同，且第二光学衰减部件15的第二部分152与第一光学衰减部件14的第二部分142大体上相同。因此，在此不重复第二光学衰减部件15的详细配置。另外，应注意，衬底11、波导12、第一电极131、第二电极132、第一光学衰减部件14的第一部分141及第二部分142及第二光学衰减部件15的第一部分151及第二部分152在图1中说明为个别构件，但其仅供说明。在一些实施例中，波导12、第一电极131、第二电极132、第一光学衰减部件14的第一部分141及第二部分142及第二光学衰减部件15的第一部分151及第二部分152中的两者或更多者可为整体式的。
44.光学衰减结构oa1进一步包含放置于衬底11上方且覆盖波导12、掺杂区13、第一光学衰减部件14及第二光学衰减部件15的电介质层16。电介质层16可进一步放置于衬底11下方以包围整个衬底11。在一些实施例中，电介质层包含氧化硅(siox)、氧化锗(geox)、氮化硅(sinx)及氧氮化硅(sion)中的一或多者。在一些实施例中，介质层16放置于用于光学衰减结构oa1与外部电装置之间的电路径的互连结构(未展示)下方。互连结构可包含多个金属间电介质(imd)层及多个金属线层。在一些实施例中，电介质层16形成互连结构的多个金属间电介质(imd)层的一部分。
45.图2是图1的光学衰减结构oa1的侧视图。波导12与第一电极131之间的距离d12a在500nm到2um的范围内，其中距离d12a沿x方向测量。传播损耗与带宽之间的权衡经调整以具有距离d12a的适合值。在一些实施例中，归因于第一光学衰减部件14及第二光学衰减部件
15相对于波导12的对称布置，波导12与第二电极132之间的距离d12b大体上等于距离d12a。第一光学衰减部件14的宽度w14在5nm到50nm或距离d12a的1/20到1/200的范围内，其中宽度w14沿x方向测量且可被理解为第一光学衰减部件14的总宽度(或最大宽度)。
46.为进一步说明本发明的概念，下文将提供各种实施例。然而，不希望使本揭露受限于特定实施例。另外，不同实施例中所说明的元件、条件或参数可经组合或修改以具有实施例的不同组合，只要所使用的元件、参数或条件不冲突。为便于说明，在不同实施例及附图中重复使用具有类似或相同功能及性质的元件符号，但不希望使本揭露受限于特定实施例。为简洁起见，以下说明中仅强调与其它实施例的差异，且省略类似或相同元件、功能及性质的描述。
47.图3展示根据本发明的一些实施例的光学衰减结构oa2。图4是图3中所展示的光学衰减结构oa2的侧视图。光学衰减结构oa2包含具有不同高度的第一光学衰减部件14的不同部分。在图3到图4所展示的实施例中，第二光学衰减部件15还包含具有不同高度的不同部分。在实施例中，第一光学衰减部件14的宽度w14沿其长度(例如y方向)保持一致。在实施例中，第一光学衰减部件14的第一部分141的宽度w141及第二部分142的宽度w142大体上相等，且第一部分141的高度h141小于第二部分142的高度h142。在图3到图4所展示的实施例中，第二部分142的高度h142还小于第一电极131的高度h131或波导12的高度h12。然而，在其它实施例中，第二部分142的高度h142可大体上等于第一电极131的高度h131或波导12的高度h12。
48.图5展示根据本发明的一些实施例的光学衰减结构oa3。图6是图5中所展示的光学衰减结构oa3的侧视图。光学衰减结构oa3包含具有不同高度及不同宽度的第一光学衰减部件14的不同部分。在图5到图6所展示的实施例中，第二光学衰减部件15还包含具有不同高度及不同宽度的不同部分。第一光学衰减部件14的第一部分141的宽度w141小于第二部分142的宽度w142，且第一部分141的高度h141还小于第二部分142的高度h142。在图5到图6所展示的实施例中，第一部分141的高度h141及第二部分142的高度h142两者小于第一电极131的高度h131或波导12的高度h12。换句话说，第一光学衰减部件14的高度h14小于波导的高度h12，其中高度h14沿y方向测量且可被理解为第一光学衰减部件14的总高度(或最大高度)。然而，在其它实施例中，第二部分142的高度h142可大体上等于第一电极131的高度h131或波导12的高度h12。在实施例中，第一光学衰减部件14的宽度w14大体上等于第二部分142的宽度w142。
49.图7展示根据本发明的一些实施例的光学衰减结构oa4。图8是图7中所展示的光学衰减结构oa4的侧视图。光学衰减结构oa4还包含沿其宽度(例如x方向)具有不同高度的第一光学衰减部件14的不同部分。第一部分141靠近波导12放置，且第二部分142靠近第一电极131放置。在实施例中，第一部分141与第二部分142接触。第一部分141的高度h141及第二部分142的高度h142两者小于第一电极131的高度h131或波导12的高度h12，且第一部分141的高度h141小于第二部分142的高度h142。因此，第一部分141及第二部分142一起界定具有从第一电极131沿x方向朝向波导12逐渐减小的高度的第一光学衰减部件14的阶梯配置。第一部分141及第二部分142中的每一者的特定高度不受限于此。在实施例中，高度h141是第一电极131的高度h131的约1/3，且第二部分142的高度h142是第一电极131的高度h131的约2/3。在实施例中，归因于第一部分141及第二部分142的布置，第一光学衰减部件14的宽度
w14等于宽度w141及宽度w142之和。第一光学衰减部件14的第一部分141的宽度w141及第二部分142的宽度w142中的每一者不受限于此。在实施例中，第一宽度w141及宽度w142大体上彼此相等。
50.图9展示根据本发明的一些实施例的光学衰减结构oa5。图10是图9中所展示的光学衰减结构oa5的侧视图。在实施例中，光学衰减结构oa5包含第一光学衰减部件14的多个部分14a、14b及14c。多个部分14a、14b及14c沿y方向或波导12的纵向方向单独布置。在实施例中，部分14a、14b及14c大体上相同，但本揭露不受限于此。在实施例中，第一光学衰减部件14与波导12及第一电极131分离。第一光学衰减部件14与第一电极131之间的距离d14a及第一光学衰减部件14与波导12之间的距离d14b可根据不同应用来设计及调整，且其不受限于此。类似于其它实施例中的说明，高度h14、宽度w14、第一光学衰减部件14的一部分的长度及第一光学衰减部件14的总长度l14可根据不同目标波长及不同目标信号损耗来调整。
51.因此，本揭露提供光学衰减结构，其包含光学衰减部件以实现具有较低功耗的所要光学损耗。为确保光学损耗是针对目标波长，本发明的光学衰减结构可包含使波长的相位移位以调谐目标波长的加热器。为了隔热，本发明的光学衰减结构还可包含相邻于光学衰减结构的波导的一或多个腔。
52.图11展示根据本发明的一些实施例的光学衰减结构oa6。图12是图11中所展示的光学衰减结构oa6的侧视图。光学衰减结构oa6类似于光学衰减结构oa3，但进一步包含放置于波导12上方的加热器17。图11到图12仅供说明，且加热器17可放置于类似于光学衰减结构oa1到oa5中的任一者的其它光学衰减结构中。加热器17放置于电介质层16中且与波导12及掺杂区13分离。在一些实施例中，加热器17包含例如氮化钛(tin)、氮化钽(tan)、铜(cu)、铝(al)及/或其它适合纯金属或含金属材料的一或多个金属材料。加热器17至少垂直覆盖波导12的一部分以改善加热效率。在一些实施例中，加热器17垂直覆盖整个波导12。在一些实施例中，加热器17的宽度w17至少大于波导12的宽度w12，其中宽度w17沿x方向测量。在一些实施例中，加热器17的宽度w17是波导12的宽度w12的约2倍到约5倍。在图11到图12所展示的实施例中，加热器17的宽度w17与衬底11的宽度w11大体上相同，其中宽度w11沿x方向或衬底11的延伸方向测量。在一些实施例中，加热器17覆盖整个掺杂区13或整个衬底11。沿z方向测量的加热器17与波导12之间的距离d17在300nm到500nm的范围内。在一些实施例中，加热器17可形成于imd层中的一或多者中，且沿z方向测量的加热器17的厚度取决于对应imd层的厚度。
53.由于波导12的半导体材料可对温度敏感，因此控制距离d17等于或大于300nm以避免归因于由加热器17引起的温度变化的非想要信号损耗。为了加热效率，控制距离d17等于或小于500nm以避免非想要热损耗及用于操作加热器17的额外功耗。
54.图13展示根据本发明的一些实施例的光学衰减结构oa7。图14是图13中所展示的光学衰减结构oa7的侧视图。光学衰减结构oa7类似于光学衰减结构oa6，但进一步包含放置于加热器17上方用于隔热的第一腔18。腔形成于电介质层16中且与加热器17分离。第一腔18至少垂直覆盖加热器17的一部分以改善隔热。在一些实施例中，第一腔18垂直覆盖整个加热器17。在一些实施例中，第一腔18的宽度w18至少大于波导12的宽度w12，其中宽度w18沿x方向测量。在一些实施例中，加热器18的宽度w18是波导12的宽度w12的约2倍到约5倍。在一些实施例中，第一腔18的宽度w18至少大体上等于或大于加热器17的宽度w17。在图13
到图14所展示的实施例中，第一腔18的宽度w18与加热器17的宽度w17大体上相同。沿z方向测量的第一腔18与加热器17之间的距离d18大于零。在一些实施例中，第一腔18及加热器17由电介质层16分离以防止空气或环境氧化或损坏加热器17。在一些实施例中，第一腔18填充有空气或适合气体。
55.图15展示根据本发明的一些实施例的光学衰减结构oa8。图16是图15中所展示的光学衰减结构oa8的侧视图。光学衰减结构oa8类似于光学衰减结构oa7，但进一步包含放置于衬底11下方用于隔热的第二腔19。第二腔19放置于电介质层16中且与衬底11分离。衬底11由电介质层16囊封以保护衬底11。第二腔19的参数可类似于图13到图14中所说明的第一腔18，且在此省略重复描述。在实施例中，光学衰减结构oa8包含上第一腔18及下第二腔19两者用于改善隔热。在一些实施例中，仅包含足以用于所需隔热的下第二腔19。
56.为进一步说明本揭露，提供用于形成光学衰减结构的方法m10。图17是方法m10的流程图。方法m10包含若干操作：(o101)接收衬底；(o102)移除衬底的部分以形成具有不同高度的多个突起；(o103)向衬底植入不同类型的掺杂剂以形成第一掺杂区及与第一掺杂区分离的第二掺杂区；及(o104)形成包围衬底的电介质层。在一些实施例中，方法m10进一步包含：(o105)在衬底上方的电介质层中形成含金属层；及(o106)移除含金属层上方的电介质的一部分。
57.图18到图27是说明根据本发明的一些实施例的通过方法m10制造光学衰减结构的不同阶段的横截面。
58.根据图18到图19中所展示的操作o101及o102，接收衬底11。在一些实施例中，衬底11包含半导电材料。在一些实施例中，衬底11是硅衬底。在一些实施例中，衬底11可为绝缘体上硅(soi)衬底的硅层。执行蚀刻操作以移除衬底11的部分以形成多个突起。如图20中所展示，第一突起、第二突起、第三突起大体上平行且分别界定第一电极131、第二电极132及波导12。第四突起分别界定第一光学衰减部件14及第二光学衰减部件15。在图20的实施例中，第四突起包含小于第一突起的高度或第二突起的高度的最大高度，类似于图7到图8中所展示的实施例。在实施例中，第一光学衰减部件14连接到第一电极131，且第二光学衰减部件15连接到第二电极132。然而，本揭露不受限于此。如上文不同实施例中所说明，第一光学衰减部件14及第二光学衰减部件15可与第一电极131及第二电极132分离，及/或从横截面图看，具有不同配置。
59.波导12、第一电极131、第二电极132、第一光学衰减部件14及第二光学衰减部件15可同时或单独形成。在一些实施例中，波导12、第一电极131、第二电极132、第一光学衰减部件14及第二光学衰减部件15可由一或多次蚀刻操作形成。在一些实施例中，蚀刻操作包含干式蚀刻操作。在操作o102中，从衬底11的顶面s11沿深度方向(即，在实施例中为z方向)移除不同量半导电材料。在一些实施例中，以第一量移除衬底11的第一部分及以第二量移除衬底11的第二部分。藉此可形成具有不同于波导12、第一电极131及第二电极132的高度的高度的第一光学衰减部件14及第二光学衰减部件15。在一些实施例中，波导12的厚度t12、第一电极131的厚度t131及第二电极132的厚度t132大体上等于衬底11的厚度t11。厚度t12、厚度t131及厚度t132分别从波导12、第一电极131及第二电极132的顶部沿z方向测量到衬底11的底部。
60.根据图20中所展示的操作o103，对衬底11执行一或多次植入以形成具有第一类型
的掺杂剂的第一掺杂区r131及具有不同于第一类型的掺杂剂的第二类型的掺杂剂的第二掺杂区r132。因此，界定第一电极131的突起具有第一导电类型，界定第二电极132的突起具有不同于第一导电类型的第二导电类型，且界定波导12的突起在本征区r133中。第一掺杂区r131包含第一较高掺杂区r131a及第一较低掺杂区r131b。第一较高掺杂区r131a具有比第一较低掺杂区r131b的掺杂浓度高的掺杂浓度。第一较高掺杂区r131a至少覆盖第一电极131。在一些实施例中，第一较高掺杂区r131a覆盖第一光学衰减部件14的一部分。第一较低掺杂区r131b覆盖第一电极131与波导12之间的衬底11的一部分。第一较低掺杂区r131b可覆盖第一光学衰减部件14的至少一部分。在一些实施例中，第一光学衰减部件14完全放置于第一较低掺杂区r131b中。
61.第二掺杂区r132包含第二较高掺杂区r132a及第二较低掺杂区r132b。第二较高掺杂区r132a具有比第二较低掺杂区r132b的掺杂浓度高的掺杂浓度。第二较高掺杂区r132a至少覆盖第二电极132。在一些实施例中，第二较高掺杂区r132a覆盖第二光学衰减部件15的一部分。第二较低掺杂区r132b覆盖第二电极132与波导12之间的衬底11的一部分。第二较低掺杂区r132b可覆盖第二光学衰减部件15的至少一部分。在一些实施例中，第二光学衰减部件15完全放置于第二较低掺杂区r132b中。第二掺杂区r132具有不同于第一掺杂区r131的掺杂剂类型的掺杂剂类型。如上文所说明，第一掺杂区r131及第二掺杂区r132的覆盖面积及掺杂浓度取决于不同应用。在一些实施例中，使用一或多个掩模来形成第一掺杂区r131及第二掺杂区r132。
62.根据图21到图22中所展示的操作o104，形成电介质层16以包围衬底11。电介质层16可为多层结构，其包含soi衬底的绝缘层165及形成于soi衬底上方以囊封衬底11的第一子层161，如图21中所展示。在一些实施例中，绝缘层165是氧化硅层。在一些实施例中，电介质层16是多层结构且包含形成于绝缘层165上方的多个子层，如图22中所展示。电介质层16可包含包围衬底11的第一子层161及放置于第一子层161上方的第二子层162。应注意，第一子层161上方仅描绘一个第二子层162供说明。在一些实施例中，电介质层16包含放置于子层161及soi衬底的绝缘层165上方的多个子层。
63.根据图23到图24中所展示的操作o105，将含金属层放置于衬底11上方的电介质层16中以形成加热器17。移除电介质层16(或子层162)的一部分以形成腔c17以界定加热器17的位置，如图23中所展示。在一些实施例中，腔c17穿透子层162而暴露子层161的一部分。在一些实施例中，腔c17停止于子层162中而不穿透子层162。因此，在一些实施例中，加热器17的厚度等于或小于子层162的厚度。含金属层形成于腔c17中。在一些实施例中，含金属层由沉积操作形成。在一些实施例中，在腔c17中形成含金属层之后执行平坦化以形成加热器17。
64.在一些实施例中，在加热器17上方形成电介质层16的一或多个子层，如图25中所展示。加热器17嵌入于电介质层16中。电介质层16包含放置于加热器17上方的子层163及子层164供说明。在一些实施例中，电介质层16的子层的数目取决于互连结构的imd层的数目。在一些实施例中，子层164是电介质层16的顶部子层(或互连结构的顶部imd层)。
65.根据图26中所展示的操作o106，移除加热器17上方的电介质层16的一部分以形成上第一腔18。在一些实施例中，上第一腔18穿透电介质层16的一或多个子层(例如图26中的子层164)。在一些实施例中，上第一腔18停止于加热器17上方的子层(例如图26中的子层
163)处。
66.在一些实施例中，视情况形成下第二腔19，如图27中所展示。移除衬底11下方的电介质层16的一部分(例如soi衬底的绝缘层165的一部分)以形成下第二腔19。在一些实施例中，翻转图26中所展示的结构，且执行蚀刻操作以形成下第二腔19。应注意，还可移除覆盖下第二腔19的soi衬底的部分以形成下第二腔19。
67.在一些实施例中，上第一腔18及/或下第二腔19是开口腔。在一些实施例中，上第一腔18及/或下第二腔19是由电介质层密封的封闭腔。
68.根据图28到图29中所展示的一些实施例，在形成子层163之后且在形成子层164之前形成上第一腔18。因此，移除电介质层16的较小厚度以形成上第一腔18，且上第一腔18由电介质层16密封。在一些实施例中，上第一腔18可穿透电介质层16的多个子层。类似地，下第二腔19还可在形成下第二腔19之后由形成于衬底11及下第二腔19下方形成的电介质层16的另一子层密封(未展示)。
69.本发明的一些实施例提供一种光学衰减结构。所述光学衰减结构包含衬底、波导、数个掺杂区、光学衰减部件及电介质层。所述波导在所述衬底上方延伸。所述掺杂区放置于所述衬底上方，且包含第一掺杂区、与所述第一掺杂区相对且通过所述波导与所述第一掺杂区分离的第二掺杂区、在所述衬底上方及所述第一掺杂区中延伸的第一电极及在所述衬底上方及所述第二掺杂区中延伸的第二电极。所述第一光学衰减部件与所述波导耦合且放置于所述波导与所述第一电极之间。所述电介质层放置于所述衬底上方且覆盖所述波导、所述掺杂区及所述第一光学衰减部件。
70.本发明的一些实施例提供一种光学衰减结构。所述光学衰减结构包含硅部分及包围所述硅部分的电介质部分。所述硅部分包含第一突起、第二突起、第三突起及第四突起。所述第一突起具有第一导电类型，且所述第二突起具有不同于所述第一导电类型的第二导电类型。所述第三突起放置于所述第一突起与所述第二突起之间，其中所述第一突起、所述第二突起及所述第三突起大体上平行。所述第四突起放置于所述第一突起与所述第三突起之间，其中所述第四突起的高度小于所述第一突起的高度或所述第二突起的高度。
71.本发明的一些实施例提供一种用于形成光学衰减结构的方法。所述方法包含以下多个操作：接收半导体衬底；移除所述半导体衬底的部分以形成具有不同高度的多个突起；向所述半导体衬底植入不同类型的掺杂剂以形成第一掺杂区及与所述第一掺杂区分离的第二掺杂区；及形成包围所述半导体衬底的电介质层。
72.上文已概述若干实施例的特征，使得所属领域的技术人员可较好理解本发明的方面。所属领域的技术人员应了解，其可易于将本揭露用作用于设计或修改用于实施相同目的及/或实现本文中所引入的实施例的相同优点的其它过程及结构的基础。所属领域的技术人员还应意识到，此类等效建构不应背离本发明的精神及范围，且其可在不背离本发明的精神及范围的情况下对本文作出各种改变、替换及更改。
73.符号说明
74.11:衬底
75.12:波导
76.13:掺杂区
77.14:第一光学衰减部件
78.14a:部分
79.14b:部分
80.14c:部分
81.15:第二光学衰减部件
82.16:电介质层
83.17:加热器
84.18:第一腔
85.19:第二腔
86.131:第一电极
87.132:第二电极
88.141:第一部分
89.142:第二部分
90.151:第一部分
91.152:第二部分
92.161:第一子层
93.162:第二子层
94.163:子层
95.164:子层
96.165:绝缘层
97.c17:腔
98.d12a:距离
99.d12b:距离
100.d14a:距离
101.d14b:距离
102.d17:距离
103.d18:距离
104.d131:尺寸
105.d132:尺寸
106.d133:尺寸
107.h11:高度
108.h12:高度
109.h14:高度
110.h131:高度
111.h132:高度
112.h141:高度
113.h142:高度
114.l12:长度
115.l14:长度
116.l131:长度
117.l132:长度
118.l141:长度
119.l142:长度
120.m10:方法
121.o101:操作
122.o102:操作
123.o103:操作
124.o104:操作
125.o105:操作
126.o106:操作
127.oa1:光学衰减结构
128.oa2:光学衰减结构
129.oa3:光学衰减结构
130.oa4:光学衰减结构
131.oa5:光学衰减结构
132.oa6:光学衰减结构
133.oa7:光学衰减结构
134.oa8:光学衰减结构
135.r131:第一掺杂区
136.r131a:第一较高掺杂区
137.r131b:第一较低掺杂区
138.r132:第二掺杂区
139.r132a:第二较高掺杂区
140.r132b:第二较低掺杂区
141.r133:本征区
142.s11:顶面
143.t12:厚度
144.t131:厚度
145.t132:厚度
146.w11:宽度
147.w12:宽度
148.w14:宽度
149.w17:宽度
150.w18:宽度
151.w141:宽度
152.w142:宽度。