光学系统、集成电路和形成集成电路的方法

技术领域

本发明的实施例涉及光学系统、集成电路和形成集成电路的方法。

背景技术

光学边缘耦合器通常用作集成光学电路中的组件，它集成了多种光子功能。光学边缘耦合器在最小衰减的情况下用于限制和引导光从集成芯片(IC)上的第一点到IC上的第二点。通常，光学边缘耦合器为施加在可见光谱(例如，在约850nm至约1650nm之间)内的光波长上的信号提供功能，但一些光学边缘耦合器也可以为电磁光谱的其他区域中的信号提供功能。

发明内容

本发明的一些实施例提供了一种集成电路，包括：衬底，具有上部面和下部面，上部面包括中心区域和横向地围绕中心区域并且从上部面延伸到下部面的外侧壁；以及光学边缘耦合器，设置在衬底的上部面上方，并且在第一方向上从中心区域朝向外侧壁延伸，其中，光学边缘耦合器的外侧壁对应于衬底的外侧壁并且具有凹陷表面或凸起表面。

本发明的另一些实施例提供了一种光学系统，包括：光发射器或接收器，包括光通信路径；以及集成电路，集成电路包括：衬底；光芯，位于衬底上方，光芯具有第一折射率并且与光发射器或接收器的光通信路径对准；下部光包覆层，位于衬底上方并且将衬底与光芯分隔开，下部光包覆层具有小于第一折射率的第二折射率；以及上部光包覆层，位于光芯上方，上部光包覆层具有第二折射率；以及其中，光芯具有凹陷或凸起侧壁，凹陷或凸起侧壁对应于衬底的外边缘并且与光发射器或接收器的光通信路径对准。

本发明的又一些实施例提供了一种形成集成电路的方法，包括：接收衬底，衬底包括基础衬底、位于基础衬底上方的下部光包覆层、以及位于下部光包覆层上方的光芯；在光芯上方形成上部光包覆层；执行蚀刻工艺来图案化上部光包覆层、光芯、下部光包覆层和衬底的上表面，以提供具有外侧壁的图案化的光学边缘耦合器，光学边缘耦合器的外侧壁具有基本上平坦轮廓，并且外侧壁与衬底的最外边缘间隔开；以及对图案化的光学边缘耦合器执行湿蚀刻，以使光芯的外侧壁相对于下部光包覆层的外侧壁和上部光包覆层的外侧壁凹进。

附图说明

当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的方面。应该注意的是，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。

图1示出了光学边缘耦合器的一些实施例的俯视图。

图2示出了与图1的光学边缘耦合器一致的一些实施例的截面图。

图3至图6示出了光学边缘耦合器的一些实施例的截面图，每个光学边缘耦合器包括凸起外侧壁。

图7至图11示出了光学边缘耦合器的一些实施例的截面图，每个光学边缘耦合器包括凹陷外侧壁的。

图12至图19示出了光学边缘耦合器的一些实施例的截面图，该光学边缘耦合器包括具有凹陷或凸起外侧壁的光芯和具有匹配地接合光芯的凹陷或凸起外侧壁的内侧壁的抗反射涂层(ARC)层。

图20至图27示出了平板波导形式的光学边缘耦合器的一些实施例的立体图，每个平板波导形式的光学边缘耦合器包括凸起外侧壁。

图28至图35示出了信道波导形式的光学边缘耦合器的一些实施例的立体图，每个信道波导形式的光学边缘耦合器包括凸起外侧壁。

图36示出了包括凹陷或凸起外侧壁的肋形波导的一些实施例的立体图。

图37示出了狭缝波导的一些实施例的透视图，该狭缝波导包括两个段，每个段包括凹陷或凸起外侧壁。

图38至图49示出了光学边缘耦合器的一些附加实施例的立体图。

图50至图52示出了光学边缘耦合器的一些附加实施例的立体图。

图53示出了根据一些实施例的制造光学边缘耦合器的方法的流程图。

图54、图55、图56、图57、图58A至图58B和图59示出了一系列截面图，该一系列截面图共同地描绘根据一些实施例的一些制造方法。

具体实施方式

以下公开内容提供了许多用于实现所提供主题的不同部件的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制。例如，以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本发明可以在各个实施例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。

此外，为了便于描述，在此可以使用诸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空间相对术语，以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其它方式定向(旋转90度或在其它方位上)，而本文使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。

光边缘耦合器可以使用光或其他电磁波来提供高速信号通信。通常，与传统的电信号相比，使用光或其他电磁波提供了更低的功耗和更少的加热。

图1和图2示出了根据一些实施例的光学系统100的实例，图1和图2示出了俯视图和对应的截面图，并且现在同时描述图1和图2。光学系统100包括光发射器或接收器102，例如芯片、光纤或其他组件，其被配置为沿着光通信路径104发射和/或接收光信号。集成电路106被配置为通过光通信路径104与光发射器或接收器102交互。在一些实施例中，集成电路106可以包括可以产生光信号、检测光信号、分析光信号、修改光信号、传输光信号和/或将光信号转换成电信号(反之亦然)的电路或其他结构108；从而确保集成电路106和光发射器或接收器102之间的通信和/或信号处理。

集成电路106包括具有上表面114和下表面116的衬底110，以及设置在衬底110的上表面114上的光边缘耦合器112。上表面114包括中心区域114c，并且外侧壁118横向地围绕中心区域114c并且从上表面114延伸至下表面116。光学边缘耦合器112设置在衬底的上表面上方并且在第一方向上从中心区域114c朝向外侧壁118延伸。

光学边缘耦合器包括光芯120、将光芯120与衬底110分隔开的下部光包覆层122、以及设置在光芯120上方的上部光包覆层124。光芯120设置在衬底110上方并且与光发射器或接收器102的光通信路径104对准。光芯120具有第一折射率。下部光包覆层122具有小于第一折射率的第二折射率。上部光包覆层124通常也具有第二折射率。

光芯120具有位于光通信路径104上的外侧壁120s。因此，当在光发射器或接收器102与集成电路106之间的光通信路径104上发射和/或接收信号时，该信号通过外侧壁120s进入和/或离开光芯120。外侧壁120s通常对应于衬底110的外侧壁118，并且可以具有从衬底110的外侧壁118凹进距离d的最外点或者具有与衬底110的外侧壁118对准(例如，共面)的最外点。该外侧壁120s可以取决于实施方式具有各种轮廓。在一些实施例中，衬底110、光芯120和下部光包覆层122由绝缘体上硅(SOI)衬底形成，其中，衬底110对应于SOI衬底的处理衬底，下部光包覆层122对应于SOI衬底的绝缘层，并且光芯120对应于SOI衬底的硅器件层。

在一些情况下，光芯120的外侧壁120s具有与下光学包覆层和上光学包覆层(分别为122、124)的对应外侧壁(122s、124s)对准的平面轮廓120p。然而，为了在集成电路106和具有这种平面轮廓120p的光发射器或接收器102之间实现良好的传输效率，在这种情况下通常沿着光通信路径104插入透镜126。

如在本发明的一些方面已经理解的，将光芯120的外侧壁120s的轮廓改变为凹陷的或凸起的可以提高光边缘耦合器112的光束指向和耦合效率，从而减少对透镜126的需求。因此，一些实施例可以通过在光学边缘耦合器112和光发射器或接收器102之间没有透镜来降低成本和制造复杂性。应当理解，本公开中使用的术语“凹陷或凸起的”不限于具有单个曲率半径的曲面，还可以包括具有多个平坦刻面、多个曲率半径和/或一个或多个平坦刻面和一个或多个曲率半径的组合的表面。因此，凹陷或凸起侧壁可以包括任何突起形状，包括三角形、多边形、圆形或椭圆形的部分等。

如图2所示，当外侧壁120s具有凸起轮廓120x时，凸起轮廓120x促进光束指向，与当使用平面侧壁120p时相比，使传入或传出光学边缘耦合器的光远离外侧壁120s变得更窄(例如，更聚焦)时，这可以是有利的。此外，当外侧壁120s具有凹陷轮廓120v时，凹陷轮廓120v促进光束加宽，与当使用平面侧壁120p时相比，这在传入或传出光学边缘耦合器的光远离外侧壁120s变得更宽(例如，更漫射)时，这可以是有利的。

在一些实施例中，光芯120由第一材料制成，并且下部光包覆层122和/或上部光包覆层124由第二材料制成。第一材料可以具有大于第二材料的第二折射率的第一折射率。例如，在一些情况下，第一折射率比第二折射率大25％至大300％之间，或者比第二折射率大50％至大150％之间。在一些实施例中，第一材料可以包括单晶硅、多晶硅、非晶硅或氮化硅(例如，Si

此外，在一些实施例中，光芯120、下部光包覆层122和上部光包覆层124的厚度在垂直于衬底110的上表面114测量时可以近似相等；然而，在其他实施例中，光芯120、下部光包覆层122和上部光包覆层124可以具有不同的厚度。因此，在衬底是绝缘体上硅(SOI)衬底并且光芯120对应于SOI衬底的硅/器件层并且下部光包覆层122对应于SOI衬底的绝缘体层的一些情况下，上部光包覆层124可以比光芯120和下部光包覆层122薄。例如，在一些实施例中，光芯120可以具有约3微米+/-0.1微米的厚度，下部光包覆层122可以具有约2微米+/-0.1微米的厚度，并且上部光包覆层124可以具有约1.5微米+/-0.1微米的厚度。尽管根据本公开的一些波导和/或光学耦合器具有相同厚度的上部光包覆层和下部光包覆层，但是应当理解的是，使上部光包覆层124比下部光包覆层122薄提供了在相同厚度的上部光包覆层和下部光包覆层的情况下无法实现的制造效率。

现在共同参考图3至图6，可以看到光学边缘耦合器112的一些实施例的各个截面图，每个光学边缘耦合器112包括具有凸起轮廓的外侧壁120s。在每个示出的实例中，光芯120的外侧壁120s向外突出超过上部光包覆层124的外侧壁124s和/或下部光包覆层122的外侧壁122s中的至少一个。此外，上部光包覆层124的外侧壁124s和/或下部光包覆层122的外侧壁122s由平面300穿过，并且当垂直于平面300从下部光包覆层122到上部光包覆层124测量时，光芯120具有变化的厚度。因此，光芯120的凸起轮廓在光芯中的各种高度处具有变化的厚度(例如，第一厚度t1和第二厚度t2，其中t1>t2)

在图3中，凸起的外侧壁120s包括在点306处相交的上平坦刻面302和下平坦刻面304。在图3的实例中，点306沿着光芯的中线120m设置。中线120m在光芯的上表面120u和光芯的下表面120l之间等距间隔开。上平坦刻面302以第一角度θ1与光芯的上表面120u相交，并且下平坦刻面304以第二角度θ2与光芯的下表面120l相交。在一些实施例中，θ1和θ2均大于90度，并且彼此相等，从而使光学边缘耦合器112关于沿着光芯的长度行进的中线120m对称。在某些情况下，θ1和θ2的可以在92度至150度之间的范围内，但其他范围也是可能的。此外，上部光包覆层的外侧壁124s与上平坦刻面302是平坦的，并且下部光包覆层的外侧壁122s与下平坦刻面304是平坦的，然而在其他实施例中，这些表面可以相对于彼此偏移或“扭结”。

在图4中，外侧壁120s是从下部光包覆层122延伸到上部光包覆层124的以椭圆或卵形形式的连续弯曲表面。因此，由于图4中所示的外侧壁120s为椭圆或卵形，外侧壁120s的曲率半径在外侧壁上的不同点处变化。在其他实施例中，连续弯曲表面可以采用半圆或圆的部分或球的部分的形式，连续弯曲表面在整个弯曲上方具有单个、固定的曲率半径。在图4中，上部光包覆层124的外侧壁124s和下部光包覆层122的外侧壁122s彼此共面，然而它们也可以是成角度的/锥形的，例如如图3所示。

在图5中，外侧壁120s包括在中间平坦刻面506处相交的上平坦刻面502和下平坦刻面504。中间平坦刻面506由光芯的中线120m穿过。在图4中，上部光包覆层和下部光包覆层的外侧壁彼此共面(并且沿着平面300)，然而它们也可以是成角度的/锥形的，例如如图3所示。

在图6中，外侧壁120s包括上平坦刻面602和下平坦刻面604。下平坦刻面604与下部光包覆层的外侧壁122s共面。因此，下平坦刻面604和下部光包覆层的外侧壁是垂直的并且相对于衬底的上表面(未示出)垂直。在其他实施例中，上部光包覆层的外侧壁124s也可以是垂直的并且可以对应于平面300。

图7至图11示出了光学边缘耦合器112的一些实施例的截面图，每个光学边缘耦合器112包括具有凹陷轮廓的外侧壁的光芯120。因此，在图7至图11的每个中，上部光包覆层124的外侧壁124s和/或下部光包覆层122的外侧壁122s向外突出超过光芯120的外侧壁120s，从而产生凹陷轮廓。

在图7中，凹陷外侧壁120s包括在点706处相交的上平坦刻面702和下平坦刻面704。在图7的实例中，点706沿着光芯的中线设置并且在光芯的上表面120u和光芯的下表面120l之间等距间隔开。上平坦刻面702以第一角度θ1与光芯的上表面120u相交，并且下平坦刻面704以第二角度θ2与光芯的下表面120l相交。在一些实施例中，θ1和θ2各自小于90度并且彼此相等，从而使光学边缘耦合器112关于沿着光芯的长度行进的中线120m对称。在某些情况下，θ1和θ2可以在88度至40度之间的范围内，但其他范围也是可能的。此外，上部光包覆层124和下部光包覆层122的外侧壁被示出为垂直的，并且因此与上平坦刻面702和下平坦刻面704不共面，但在其他实施例中，上部光包覆层124的外侧壁124s可以与上平坦刻面702共面，并且下部光包覆层122的外侧壁122s可以与下平坦刻面704共面。

在图8中，外侧壁120s包括在中间平坦刻面806处相交的上平坦刻面802和下平坦刻面804。中间平坦刻面806沿着光芯的中线120m设置。在图8中，下部包覆层和上部光包覆层的外侧壁122s、124s彼此共面，然而它们也可以是成角度的/锥形的，例如如图3所示。

在图9中，外侧壁120s是从下部光包覆层122延伸到上部光包覆层124的以圆形部分的形式的连续弯曲表面。因此，连续弯曲表面被示出为圆形或者球形的部分，并且在整个弯曲上具有单个、固定的曲率半径。在其他实施例中，外侧壁120s可以为椭圆或卵形，外侧壁120s在凹陷外侧壁上的不同点处具有变化的侧壁曲率半径。

在图10中，外侧壁120s包括一系列离散的台阶或方块，其从上表面120u和下表面120l至中线120m的深度增加。每个台阶包括水平面和垂直面，水平面和垂直面可以具有相等的长度，并且可以以约90度彼此相交。

图11描绘了与图8有些类似的实例，其中外侧壁120s包括在中间平坦刻面1106处相交的上平坦刻面1102和下平坦刻面1104。然而，在图11中，上平坦刻面1102和下平坦刻面1104沿着光芯120的晶体的111面设置，并且中间平坦刻面1106沿着光芯的晶体的100面设置。此外，上部光包覆层124具有锥形的外侧壁124s，因此最靠近光芯的部分比距光芯最远的部分向外延伸得更远。下部光包覆层122具有成角度的外侧壁122s，但成角度的外侧壁122s与上部光包覆层124的侧壁不对称。

图12至图19示出了光学边缘耦合器的一些实施例的截面图，该光学边缘耦合器包括布置在外侧壁120s上的抗反射涂(ARC)层1200。因此，在图12至图19的每个中，ARC层1200具有匹配地接合光学边缘耦合器的外侧壁的内侧壁。ARC层1200具有第三折射率，该第三折射率小于光芯120的折射率并且大于空气(或任何围绕光学边缘耦合器的周围环境)的折射率。在一些情况下，该第三折射率也可以小于上部光包覆层和/或下部光包覆层122、124的折射率，可以等于上部光包覆层和/或下部光包覆层122、124的折射率，或者可以大于上部光包覆层和/或下部光包覆层122、124的折射率。在所示实施例中，ARC层1200沿着光学边缘耦合器的外侧壁具有变化的厚度，以使得抗反射涂层的外侧壁终止于平坦表面1200o。ARC层1200可以是单个膜或者可以包括堆叠在外侧壁120s上方的多个层。如果使用多个层，则每层在大体垂直的方向上定向(例如，覆盖光芯的外侧壁以及上部光包覆层和下部光包覆层的外侧壁)。

图20至图27示出了呈“平板”波导形式的光学边缘耦合器的一些实施例的立体图，每个呈“平板”波导形式的光学边缘耦合器包括凸起外侧壁120s。图20至图23与图3至图6大体一致，并且描绘了夹在下部光包覆层122和上部光包覆层124之间的光芯120。每个所描绘的平板波导大体在第一方向(例如，在页面上从左到右)上延伸，并且具有在平行于第一方向上延伸的平坦侧壁，以及平坦顶表面。在图24中，使上部光包覆层和下部光包覆层变圆，因此光学边缘耦合器的外侧壁轮廓是具有对应于光芯120的最外界限的连续曲面。在图25中，使上部光包覆层和下部光包覆层变圆，因此光学边缘耦合器的外侧壁轮廓是连续曲面，但这里外侧壁的最外界限对应于下部光包覆层122的底部。在图26中，光芯的外侧壁终止于一点，而在图27中，当透视时，外侧壁被变圆或呈球状。尽管图20至图27描绘了对应于凸起外侧壁的实例，但也可以使用凹陷轮廓(参见例如图7至图11)，和/或可以在外侧壁上设置ARC层(参见例如图12至图19)。

图28至图35示出了信道波导的一些实施例的立体图，每个信道波导包括凸起外侧壁。与平板波导相比(参见例如图20至图27，其中光芯夹在上部光包覆层和下部光包覆层之间)，信道波导具有在所有侧面上被光学包覆材料轴向地围绕的光芯，该光学包覆材料具有比光芯低的折射率。尽管信道波导在图28至图35中被示出为具有凸起外侧壁，但光芯的外侧壁可以可选地具有凹陷轮廓(参见例如图7至图11)，和/或可以在外侧壁上设置ARC层(参见例如图12至图19)以提供与其他组件的高光学耦合效率。

图36示出了肋形波导3600的一些实施例的立体图，该肋形波导3600包括具有凹陷或凸起轮廓的外侧壁120s。肋形波导包括光芯120，该光芯120具有基部3602和从基部3602的上部部分向上延伸的肋部3604。肋部3604与同样布置在基部上方的端盖结构3606垂直地相交。肋形波导包括具有凸起或凹陷轮廓的外侧壁120s，例如图3至图35中所示出的，或者可以具有本文所示和/或描述的其他轮廓。

图37示出了狭缝波导3700的一些实施例的立体图，狭缝波导3700包括在第一方向上平行延伸的第一段3702和第二段3704，其中在衬底110的上表面上方的它们之间具有狭缝3706。第一段3702包括具有第一凹陷或凸起轮廓的第一外侧壁120s-1，并且第二段3704包括也具有相同凹陷或凸起轮廓的第二外侧壁120s-2。因此，在一些情况下，第一外侧壁和第二外侧壁可以具有相同的凸起或凹陷轮廓，例如在图3至图35中所示出的，或者可以具有本文所示出和/或描述的其他轮廓，而在其他情况下，第一外侧壁和第二外侧壁可以具有彼此不同的轮廓。

图38至图47示出了光学边缘耦合器的一些附加实施例的立体图。在这些情况下，光学边缘耦合器包括具有外侧壁120s的光芯3820，该外侧壁120s具有凹陷或凸起轮廓。然而，图38至图47的光学边缘耦合器包括布置在衬底110上方相同高度处的左侧光包覆层3822和右侧光包覆层3824，而不是如先前实施例中所示的具有上部光包覆层和下部光包覆层。

图48至图49示出了光学边缘耦合器的一些附加实施例的立体图。在图48至图49中，光学边缘耦合器再次具有夹在下部光包覆层和上部光包覆层之间的光芯，但是在这里，沿着平行于衬底110的上表面截取的截面观察凸起轮廓。附加凸起轮廓和/或凹陷轮廓(可选地具有ARC层)，例如先前示出和/或描述的，也可以以这种方式定向，其中图48至图49仅是非限制性实例。

图50至图52示出了光学边缘耦合器的一些附加实施例的立体图。如图50所示，光学边缘耦合器或波导可以包括设置在衬底110的上表面上或上方并且彼此水平间隔开的多个分支。每个分支可以终止于具有凹陷或凸起轮廓的外侧壁120s，并且可以可选地由ARC层覆盖。

如图51所示，光学边缘耦合器或波导可以包括设置在衬底110的上表面上或上方并且彼此垂直间隔开的多个分支。每个分支可以终止于具有凹陷或凸起轮廓的外侧壁120s，并且可以可选地由ARC层覆盖。

如图52所示，光学边缘耦合器或波导可以包括设置在衬底110的上表面上或上方的多个分支，其中分支彼此横向且水平间隔开。每个分支可以终止于具有凹陷或凸起轮廓的外侧壁120s，并且可以可选地由ARC层覆盖。

图53示出了根据一些实施例的制造光学边缘耦合器的方法的流程图。

在5302处，接收衬底。

在5304处，在衬底上方形成下部光包覆层。

在5306，在下部光包覆层上方形成光芯。如5308所表示的，在一些实施例中，5302、5304和5306由制造设施产生，该制造设施传送绝缘体上半导体(SOI)衬底，该绝缘体上半导体(SOI)衬底具有半导体处理晶圆、位于半导体处理晶圆上方的绝缘体层以及位于绝缘体层上方的半导体器件层。因此，在一些情况下，方法5300从简单地获得SOI衬底开始，其中5302的衬底对应于SOI衬底的处理衬底，下部光包覆层对应于SOI衬底的绝缘体层，并且光芯对应于SOI衬底的半导体器件层。

在5310处，在光芯上方形成上部光包覆层。

在5312处，执行蚀刻工艺来图案化上部光包覆层、光芯、下部光包覆层和衬底的上表面，以提供具有与衬底的最外边缘间隔开的外侧壁的图案化的光学边缘耦合器。

在5314处，对图案化的光学边缘耦合器执行蚀刻，以相对于下部光包覆层的外侧壁和上部光包覆层的外侧壁再成形光芯的外侧壁。通过这种方式，可以为光边缘耦合器形成具有凹陷或凸起轮廓的外侧壁。

在一些情况下，5314中的蚀刻是湿蚀刻，湿蚀刻产生光芯的外侧壁，该外侧壁具有在相应交叉点处相交的多个平坦刻面(例如，111平坦刻面和100平坦刻面)。可选地，在这样的湿蚀刻之后，执行退火操作使光芯材料回流以将多个平坦刻面转变成位于上部光包覆层和下部光包覆层之间的连续弯曲表面。

在5316中，在外侧壁上方可选地形成ARC层，其中ARC层具有匹配地接合光芯的外侧壁的内侧壁。

图54、图55、图56、图57、图58A至图58B和图59示出了一系列截面图，该一系列截面图共同地描绘了根据一些实施例的一些制造方法。

在图54中，接收衬底5600。在所示实例中，所接收的衬底是绝缘体上半导体(SOI)衬底，绝缘体上半导体(SOI)衬底具有半导体处理晶圆、位于半导体处理晶圆上方的绝缘体层和位于绝缘体层上方的半导体器件层。半导体处理晶圆通常包括单晶硅，绝缘体层包括二氧化硅或高k介电层，并且半导体器件层包括硅或氮化硅。

在图55中，在半导体器件层上方形成上部光包覆层124。上部光包覆层是绝缘材料，并且在某些情况下上部光包覆层可以具有与绝缘体层相同的材料组成。因此，在一些实施例中，上部光包覆层可以包括二氧化硅或高k介电材料。值得注意的是，在图55中，参考标号反映了命名的变化，处理晶圆5602可以被称为衬底110，而绝缘体层5604可以被称为下部光包覆层122，以及器件层5606可以被称为光芯120。下部光包覆层122、光芯120和上部光包覆层124可以包括在设置在衬底110上方的光学边缘耦合器112中。

在图56中，执行第一蚀刻工艺以图案化上部光包覆层124、光芯120、下部光包覆层122和衬底110的上部部分以提供具有与衬底的外侧壁118间隔开的外侧壁118'的图案化的光学边缘耦合器。通常，第一蚀刻工艺包括在上部光包覆层124上方形成掩模，其中掩模覆盖上部光包覆层124的一些部分并且使上部光包覆层的其他部分暴露，以及执行蚀刻以去除上部光包覆层的暴露部分和光芯120的下面部分、下部光包覆层122和衬底110的部分。通过该第一蚀刻工艺形成的外侧壁118'可以是基本上平坦的侧壁并且可以从上部光包覆层124的上表面延伸到形成在衬底110中的窄台110l。在一些情况下，第一蚀刻工艺可以包括干蚀刻，但也可以使用其他蚀刻。

在图57中，对外侧壁118'执行第二蚀刻工艺以相对于下部光包覆层122的外侧壁122s和上部光包覆层124的外侧壁124s再成形光芯120的外侧壁120s。以这种方式，可以为光学边缘耦合器形成具有凹陷或凸起轮廓的外侧壁120s。在一些情况下，该第二蚀刻工艺是以四甲基氢氧化铵(TMAH)蚀刻形式的湿蚀刻。在一些情况下，第二蚀刻工艺产生具有多个平坦刻面(例如，111平坦刻面和100平坦刻面)的光芯的外侧壁。

在图58A中，图58A可以可选地从图57得出，执行退火操作使光芯120的材料回流，以将外侧壁120s上的多个平坦刻面转变成位于上部光包覆层和下部光包覆层之间的连续弯曲表面。

在图58B中，图58B可以可替代地从图57得出，在图57所示的外侧壁120s的刻面上形成ARC层5800。ARC层具有匹配地接合光芯外侧壁上的刻面的内侧壁。

在图59中，图59可以可选地从图58A得出，在图58A所示的外侧壁120s的连续弯曲表面上形成ARC层5900。ARC层具有与匹配地接合光芯外侧壁上的连续弯曲表面的内侧壁。

本发明的各个实施例针对集成电路。该集成电路包括具有上部面和下部面的衬底。上部面包括中心区域以及横向地围绕中心区域并且从上部面延伸到下部面的外侧壁。光学边缘耦合器设置在衬底的上部面上方并且在第一方向上从中心区域朝向外侧壁延伸。光学边缘耦合器的外侧壁对应于衬底的外侧壁并且具有凹陷表面或凸起表面。

在一些实施例中，光边缘耦合器包括：光芯，在衬底上方在第一方向上延伸；下部光包覆层，在衬底上方在第一方向上延伸并且将光芯与衬底分隔开；以及上部光包覆层，在第一方向上延伸并且设置在光芯上方。

在一些实施例中，光芯的外侧壁向外突出超过上部光包覆层的外侧壁或下部光包覆层的外侧壁中的至少一个，其中，上部光包覆层的外侧壁和下部光包覆层的外侧壁由一平面穿过，并且在垂直于平面从下部光包覆层到上部光包覆层测量时，光芯具有变化的厚度。

在一些实施例中，上部光包覆层和下部光包覆层包括二氧化硅，并且光芯包括硅或氮化硅。

在一些实施例中，上部光包覆层的外侧壁或下部光包覆层的外侧壁向外突出超出光芯的外侧壁，其中，上部光包覆层的外侧壁和下部光包覆层的外侧壁由一平面穿过，并且在垂直于平面从下部光包覆层到上部光包覆层测量时，光芯的外侧壁与平面间隔开变化的距离。

在一些实施例中，凹陷表面或凸起表面为从下部光包覆层延伸到上部光包覆层的连续弯曲表面。

在一些实施例中，凹陷表面或凸起表面包括在点处相交的上平坦刻面和下平坦刻面，点沿着光芯的中线设置，光芯的中线在光芯的上表面和光芯的下表面之间等距地间隔开。

在一些实施例中，凹陷表面或凸起表面包括在中间平坦刻面处相交的上平坦刻面和下平坦刻面，中间平坦刻面沿着光芯的中线设置，光芯的中线在光芯的上表面和光芯的下表面之间等距地间隔开。

在一些实施例中，集成电路还包括：抗反射涂膜，布置在光学边缘耦合器的外侧壁上，抗反射涂膜具有匹配地接合光学边缘耦合器的外侧壁的内侧壁，并且沿着光学边缘耦合器的外侧壁具有变化的厚度，以使得抗反射涂膜的外侧壁终止于平坦表面。

在一些实施例中，光芯的外侧壁包括上平坦刻面和下平坦刻面，其中，下平坦刻面与下部光包覆层的外侧壁共面。

在一些实施例中，光芯的外侧壁包含一系列离散台阶或方块，一系列离散台阶或方块从光芯的上表面并且从光芯的下表面到光芯的中线在深度上增加。

其他实施例涉及一种光学系统，该光学系统包括包含光通信路径的光发射器或接收器。集成电路包括衬底和位于衬底上方的光芯。光芯具有第一折射率并且与光发射器或接收器的光通信路径对准。下部光包覆层设置在衬底上方并且将衬底与光芯分隔开。下部光包覆层具有小于第一折射率的第二折射率。上部光包覆层设置在光芯上方。上部光包覆层具有第二折射率。光芯具有对应于衬底的外边缘并且与光发射器或接收器的光通信路径对准的凹陷或凸起侧壁。

本发明的另一实施例涉及一种光学系统，该光学系统包括：光发射器或接收器，包括光通信路径；以及集成电路，集成电路包括：衬底；光芯，位于衬底上方，光芯具有第一折射率并且与光发射器或接收器的光通信路径对准；下部光包覆层，位于衬底上方并且将衬底与光芯分隔开，下部光包覆层具有小于第一折射率的第二折射率；以及

上部光包覆层，位于光芯上方，上部光包覆层具有第二折射率；以及其中，光芯具有凹陷或凸起侧壁，凹陷或凸起侧壁对应于衬底的外边缘并且与光发射器或接收器的光通信路径对准。

在一些实施例中，在位于光发射器或接收器与凹陷或凸起侧壁之间的光通信路径上没有透镜。

在一些实施例中，集成电路还包括经由光通信路径可操作地耦接至光发射器或接收器的电路或其他结构，电路或其他结构被配置为生成、检测、分析、修改和/或将电磁辐射再引导至光发射器或接收器或将来自光发射器或接收器的电磁辐射再引导。

在一些实施例中，集成电路还包括：抗反射涂膜，布置在光芯的凹陷或凸起侧壁上，抗反射涂膜具有匹配地接合凹陷或凸起侧壁的内侧壁，并且沿着凹陷或凸起侧壁具有变化的厚度，以使得抗反射涂膜的外侧壁终止于平坦表面。

在一些实施例中，抗反射涂膜从上部光包覆层的上表面延伸到下部光包覆层的下表面。

在一些实施例中，光芯向外突出超过上部光包覆层的最外侧壁和/或下部光包覆层的最外侧壁。

在一些实施例中，上部光包覆层的最外侧壁和/或下部光包覆层的最外侧壁向外突出超出光芯的最外侧壁。

再一其他实施例涉及一种方法。在该方法中，接收衬底。衬底包括基础衬底、位于基础衬底上方的下部光包覆层以及位于下部光包覆层上方的光芯。在光芯上形成上部光包覆层。执行蚀刻工艺来图案化上部光包覆层、光芯、下部光包覆层和衬底的上表面，以提供具有外侧壁的图案化的光学边缘耦合器，该图案化的光学边缘耦合的外侧壁具有基本上平坦轮廓，并且该外侧壁与衬底的最外边缘间隔开。对图案化的光学边缘耦合器执行湿蚀刻以使光芯的外侧壁相对于下部光包覆层的外侧壁和上部光包覆层的外侧壁凹进。

在一些实施例中，湿蚀刻的执行产生光芯的外侧壁，光芯的外侧壁具有在相应交叉点处相交的多个平坦刻面，并且还包括：执行退火操作使光芯的材料回流以将多个平坦刻面转变成位于上部光包覆层和下部光包覆层之间的连续弯曲表面。

前面概述了落干实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本发明的方面。本领域技术人员应该理解，他们可以容易地使用本发明作为基础来设计或修改用于实施与在此所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优势的其他工艺和结构。本领域技术人员也应该意识到，这种等同构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，在此他们可以做出多种变化、替换以及改变。