具有光學波導和二維偏轉的mems梁的集成的制作方法
【專利摘要】本公開涉及具有光學波導和二維偏轉的MEMS梁的集成。描述了高密度、低功耗、高性能信息系統(tǒng)、方法和裝置，在其中，集成電路裝置包括多個位于每片芯邊緣的可偏轉MEMS光束波導(例如，190)，它們分別由被波導梁結構(194)包封以延伸到偏轉腔(198)的光梁結構(193)并且被多個設置在偏轉腔(198)的壁上的偏轉電極(195-197)周圍以提供每可偏轉MEMS光束波導的二維偏轉控制以響應于一個或多個偏轉電壓的應用以提供不同的片芯之間的光學通信(例如，184)形成的。
【專利說明】具有光學波導和二維偏轉的MEMS梁的集成
[0001]光束波導

【技術領域】
[0002]本發(fā)明通常針對半導體器件及其制造方法。一方面，本發(fā)明涉及具有光學微機電系統(tǒng)(MEMS)電路和器件的半導體裝置或集成電路的制造。

【背景技術】
[0003]在信息系統(tǒng)中，通過使用不同的類型的信號連接，數(shù)字信號信息在裝置和電路之間通信。利用基于電導體的連接，例如傳統(tǒng)的導線或穿通硅的通孔(TSV)，就會有這種基于導體的連接的電源要求和物理限制所施加的電源和帶寬限定。例如，堆疊片芯模塊已提出提供高密度信息系統(tǒng)，但是用于通過使用基于導體的連接在堆疊片芯模塊之間傳遞數(shù)字信號的功耗和相關聯(lián)的散熱要求可以限制可實現(xiàn)的密度。此外，這種堆疊片芯模塊的帶寬受到這種片芯堆疊的TSV數(shù)量和電感以及其它基于導體的連接的限制。為了克服這種限制，光學通信系統(tǒng)已發(fā)展成為在較高的帶寬以減小的功率進行通信的方式。有了這種光學通信系統(tǒng)，單色的、定向的以及一致的激光束被調制以編碼傳輸?shù)较到y(tǒng)的其它裝置或電路的信息，通常是通過沿著光學纖維或波導路徑傳輸調制光學信號。不幸的是，在成本、復雜性以及控制要求方面，使用光學波導在系統(tǒng)中的不同的集成電路(IC)片芯之間傳輸光學信息存在對準的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)是由期望的以滿足信息傳輸要求和在裝置操作期間可以破壞對準的其它使用因素的嚴格對準公差引起的。已經嘗試通過外反光鏡或偏轉器來穿過不同的IC片芯之間的自由空間光學地傳輸信息來克服這些挑戰(zhàn)，但是這些解決方案呈現(xiàn)自身的困難、成本和控制要求。例如，光學發(fā)射器、偏轉器結構以及光學接收器不但強加了附加成本和復雜性，而且還必須被對準以確保信息傳輸?shù)乃杷健４送?，對準誤差可以通過系統(tǒng)組裝工藝、振動(例如，沉降)或使用期間的溫度引入。例如，如果移動電話或筆記本電腦掉在表面上，光學鏈路可能變得不對準。此外，設計和組裝被精確對準的組裝的成本可能是成本高昂的。最后，控制電路和外部信號偏轉結構可以增加整個系統(tǒng)的復雜性，從而減小了不同的IC片芯之間的信號帶寬。結果，用于沿著光學波導路徑并且在不同的IC片芯之間傳輸調制的光學信號的現(xiàn)有解決方案使高帶寬光學互連的實施在實用水平極其困難。
[0004]概述
[0005]根據(jù)本公開的一個實施例，提供了一種裝置，包括:可偏轉MEMS光束波導，其形成于集成電路中；以及多個偏轉電極，其與所述可偏轉MEMS光束波導相關地設置，以響應于一個或多個偏轉電壓的施加提供對于所述可偏轉MEMS光束波導的二維偏轉控制。
[0006]根據(jù)本公開另一實施例，提供了一種半導體制造工藝，包括:處理晶片，所述晶片包括形成于襯底層之上的光梁層和一個或多個第一波導層；選擇性地蝕刻所述晶片以至少形成第一蝕刻開口，其限定MEMS光束波導和在所述MEMS光束波導的每一側上的多個偏轉電極，所述多個偏轉電極彼此間隔開并且與所述MEMS光束波導間隔開；形成犧牲層以填充所述第一蝕刻開口并至少覆蓋所述MEMS光束波導到預定厚度；在所述犧牲層上和至少所述MEMS光束波導之之上選擇性地形成一個或多個頂偏轉電極結構；以及移除所述犧牲層以形成圍繞所述MEMS光束波導的偏轉腔，從而限定懸臂式光梁結構，其設置有所述多個偏轉電極結構和一個或多個頂偏轉電極結構，以響應于一個或多個偏轉電壓的施加提供所述懸臂式光梁結構的二維偏轉控制。
[0007]根據(jù)本公開又一實施例，提供了一種使用可偏轉集成電路MEMS光束波導的方法，包括:給相應的多個偏轉電極提供多個偏轉電壓，以響應于所述多個偏轉電壓的施加提供所述可偏轉集成電路MEMS光束波導的二維偏轉控制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]當結合附圖考慮以下詳細說明書的時候，可以更好地理解本發(fā)明以及其多個目的、特征以及所獲得的優(yōu)點，在附圖中:
[0009]圖1示出了示出了通信系統(tǒng)的平面圖，其中并排的處理器片芯堆疊和存儲器片芯堆疊模塊通過光學信號連接并且被布置為在電路板上形成多個子系統(tǒng)；
[0010]圖2示出了在旋轉和附連之前的帶有光學互連的并排片芯堆疊系統(tǒng)的透視圖，其中處理器片芯堆疊模塊與一個或多個存儲器片芯堆疊模塊垂直地定向；
[0011]圖3示出了在旋轉并與用于連接到系統(tǒng)板的焊料球陣列對準之后的圖2中的帶有光學互連的并排片芯堆疊系統(tǒng)的透視圖；
[0012]圖4示出了在用焊料球或倒裝芯片導體將片芯堆疊系統(tǒng)附連到系統(tǒng)板之后的圖3中的并排片芯堆疊系統(tǒng)的透視圖，以說明如何利用點對點光學通信是來在片芯堆疊系統(tǒng)中的各處理器片芯和存儲器片芯之間通信的；
[0013]圖5示出了圖4的片芯堆疊系統(tǒng)中的選擇的處理器片芯和存儲器片芯的透視圖，以說明點對點光束在處理器-存儲器接口處的光學交叉對準；
[0014]圖6示出了帶有多個偏轉電極以為點對點光學互聯(lián)的對準提供二維偏轉的MEMS光束波導的放大透視圖；
[0015]圖7示出了帶有用于附連到系統(tǒng)板的光學互聯(lián)的多個并排片芯堆疊系統(tǒng)的透視圖，以說明點對點光學通信是如何被用于在所述多個并排片芯堆疊系統(tǒng)中的單個片芯之間通信的；
[0016]圖8-圖17示出了根據(jù)本公開的第一示例實施例的、在生產包括MEMS光束波導的集成電路片芯的不同階段的部分平面和剖視側視圖，其中多個偏轉電極被放置在MEMS光束波導周圍；
[0017]圖18-圖23示出了根據(jù)本公開的第二示例實施例、在生產包括MEMS光束波導的集成電路片芯的不同階段的部分平面和剖視側視圖，其中多個偏轉電極被放置在MEMS光束波導上及其周圍；
[0018]圖24-圖31示出了根據(jù)本公開的第三示例實施例、在生產包括MEMS光束波導的集成電路片芯的不同階段的部分平面和剖視側視圖，其中多個偏轉電極被放置在MEMS光束波導上及其周圍；
[0019]圖32示出了偏置驅動器的示例電路圖，其中該偏置驅動器用于生成MEMS光束波導的多個不同的偏轉電極的單獨偏轉偏置電壓；
[0020]圖33示出了偏置驅動器的示例電路圖，其中該偏置驅動器用于生成MEMS光束波導的垂直和橫向偏轉電極的MEMS梁板電壓；
[0021]圖34示出了帶有二維偏轉的MEMS光梁在兩個片芯之間通信而沒有外部偏轉的第一應用；
[0022]圖35示出了帶有二維偏轉的MEMS光梁在片芯內提供光學波導交叉的第二應用；
[0023]圖36示出了帶有二維偏轉的MEMS光梁在片芯內提供光學冗余的第三應用；
[0024]圖37示出了光學冗余電路，其用于用冗余的光學電路替代有缺陷的光學電路；
[0025]圖38示出了用于用冗余的光學MEMS束偏轉器電路替代有缺陷的光學MEMS束偏轉器電路的第一片芯邊緣光學冗余電路；
[0026]圖39示出了用于用備用光學MEMS束偏轉器電路輪替有缺陷的光學MEMS束偏轉器電路的第二片芯邊緣光學冗余電路；
[0027]圖40示出了根據(jù)本公開選擇的實施例的、用于制造和使用多個片芯堆疊的工藝的簡化流程圖，其中所述片芯堆疊利用光學通信相連以形成系統(tǒng)。
[0028]應了解，為了簡單和清楚地說明起見，附圖中所示的元件不一定按比例繪制。例如，為了促進和提高清楚性和理解，一些元件的尺寸相對于其它元件被夸大。此外，在認為適當?shù)臅r候，參考符號在附圖中被重復以表示相應或類似的元件。

【具體實施方式】
[0029]在本公開中，描述了改善的高密度、低功耗、高性能的信息系統(tǒng)、方法和裝置，它們解決了現(xiàn)有技術中的多種問題，其中在參照這里所提供的附圖和詳細說明縱覽本申請的剩余部分之后，常規(guī)解決方案和技術的各種局限性和缺點對本領域技術人員來說將變得顯而易見。在所選的實施例，描述了高密度、低功耗、高性能的信息系統(tǒng)、方法和裝置，其中通過提供帶有二維對準和受控的反饋以調整束對準的MEMS光束波導，在堆疊半導體片芯裝置中以及之間提供集成光學通信。在本公開的背景下，“光束”指未調制的光束(直接來自光源(例如激光器)，不帶信號)或已調制的光束(攜帶信號)，其中“光”可以指電磁譜的任何部分，無論可見或不可見。此外，“MEMS光束波導”指用于引導光束的物理結構，并且包括包含光學波導的MEMS懸臂梁。在其中水平和垂直片芯堆疊被合并到系統(tǒng)襯底的實施例中，通過包含可偏轉MEMS光束波導來提供不同的片芯堆疊之間的光學連接，其中多個偏轉電極被放置在MEMS光束波導上及其周圍，以提供二維偏轉以用于兩個片芯之間的光學鏈路上的通信的對準，而不利用外部偏轉。可以為每一個MEMS光束波導的偏轉電極生成多個偏置電壓，以通過使用表征光束對準程度的反饋信號(FB)來校準和連續(xù)調整數(shù)字MEMS光束波導偏轉值來控制光束對準。在所選的實施例中，片芯堆疊可以包括并排的處理器片芯堆疊和存儲器片芯堆疊模塊，它們通過使用光學交叉條裝置(optical crossbar arrangement)彼此垂直地連接，以在處理器-存儲器接口處提供點對點光學信號，以便每一個處理器片芯可以與相鄰存儲器片芯堆疊模塊中的任何存儲器片芯通信，以及與相鄰處理器片芯堆疊模塊中的任何處理器片芯通信。當然，應了解，片芯堆疊模塊不限于處理器或存儲器片芯堆疊，并且可以由用作其它用途的任何期望的片芯形成，因此可以有利用這里所描述的結構的其它用途的其它實施例?？善DMEMS光束波導可以用于提供不同的光學通信功能，包括:提供沒有外部偏轉的兩個片芯之間的點對點光學通信；在片芯內提供光學波導交叉(crossover);在片芯內提供光學冗余以用冗余光學電路替代有缺陷的光學電路；和/或，提供片芯邊緣光學冗余電路以用冗余或備用光學元件替代有缺陷的光學元件。通過提供避免或繞過故障的電路元件或MEMS光束波導的替代光學路徑，可以通過編程MEMS光束波導光學開關對以輪替(shift around)有缺陷的電路元件或MEMS光束波導來限定替代光學路徑，從而改進了片芯和堆疊產率。
[0030]現(xiàn)在將參照附圖，詳細地描述本發(fā)明的多種示例性的實施例。雖然在下面的描述中陳述了各種細節(jié)，但應理解，本發(fā)明可以在沒有那些具體細節(jié)的情況下實施，并且可以對這里的描述的發(fā)明作出很多針對具體實現(xiàn)的決定以實現(xiàn)裝置設計者的特定目標，例如符合工藝技術或與設計相關的約束，所述技術和約束將根據(jù)實現(xiàn)方式而是不同的。雖然這種開發(fā)工作可能是復雜并且費時的，然而對受益于本公開的本領域普通技術人員來說，這是常規(guī)任務。例如，參考半導體裝置的簡化的截面圖描述了選定的一些方面，而并沒有包括每一個裝置特征或幾何特征，以避免限制或模糊本發(fā)明。另外，參考簡化的電路圖示描述了選定的一些方面，而并沒有包括每一個裝置電路細節(jié)，以避免限制或模糊本發(fā)明。本領域技術人員用這些描述和表示來向本領域的其他技術人員描述或傳達他們工作的實質。這里提供的詳細說明的某些部分還可以以對存儲在計算機存儲器中的數(shù)據(jù)進行操作的算法和指令的形式呈現(xiàn)。通常，算法指產生期望結果的自洽的步驟序列，其中“步驟”指對物理量的操控，物理量可以(雖然不是必需的)采取能夠被存儲、轉移、組合、比較或以其它方式操控的光、電或磁信號的形式。通常將這些信號引作位、值、元、符號、字符、項、或數(shù)字等等。這些以及類似的術語可以與適當?shù)奈锢砹肯嚓P聯(lián)，并且僅僅作為應用于這些量的便利標示。除非有相反的明確說明，否則如從下面討論中明顯看出的，應了解，整個說明書中，使用了術語諸如“處理”或“計算”或“確定”或“顯示”等等的討論涉及操控被表示為計算機系統(tǒng)的寄存器和存儲器內的物理(電子)量的數(shù)據(jù)以及將其變換為同樣被表示為計算機系統(tǒng)存儲器或寄存器或其它信息存儲、傳輸或顯示裝置內的物理量的其它數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)、硬件電路或類似電子裝置的動作和處理過程。此外，雖然此處描述了具體示例的材料，然而本領域技術人員將認識到可以替換具有類似性質的其它材料而不喪失功能。還應注意，在整個詳細說明中，將形成和移除某些材料以制造MEMS光束波導和相關的控制電路。在用于形成或移除這類材料的具體工序在下面未被詳述說明的情況下，意指對于本領域技術人員來說，用于生長、沉積、移除或以其它方式形成適當?shù)暮穸鹊倪@樣的層的常規(guī)技術。這樣的細節(jié)是眾所周知的，并且對教導本領域技術人員如何制造和使用本發(fā)明來說不是必要的。
[0031]現(xiàn)在轉到圖1，圖1示出了信息系統(tǒng)100的簡化平面圖，其具有多個以行11-19、21-29、31-39、41-49、51-59、61-69 和列(例如，11、21、31、41、51、61)排列的片芯堆疊。在所描述的例子中，信息系統(tǒng)100包括并排處理器片芯堆疊模塊(例如，15、25、35、45、55和65)和存儲器片芯堆疊模塊(例如，11-14和16-19)，它們通過光學信號6、7連接并且被布置在系統(tǒng)板5上形成多個子系統(tǒng)(例如，10、20、30、40、50、60)。例如，第一子系統(tǒng)10包括被連接在存儲器片芯堆疊模塊11-14和16-19的行之間的中央處理器片芯堆疊模塊15，其全部通過光學信號6連接。以類似的方式，第二子系統(tǒng)20的片芯堆疊模塊21-29通過片芯堆疊模塊21-29之間的光學信號6連接在一起，并且通過中央處理器片芯堆疊模塊15、25之間的一個或多個光學信號7連接到第一子系統(tǒng)10。同樣，分別形成子系統(tǒng)30、40、50、60的片芯堆疊模塊31-39、41-49、51-59、61-69的行通過光學信號6連接在一起，其中通過中央處理器片芯堆疊模塊25、35、45、55、65之間的一個或多個光學信號7提供子系統(tǒng)30、40、50、60之間的連接。
[0032]利用所公開的信息系統(tǒng)100，高密度、低功耗、高性能的片芯堆疊模塊的封裝裝置使用光學MEMS裝置以在子系統(tǒng)中的片芯堆疊之間提供光學通信鏈路。例如，在第一子系統(tǒng)10中，微處理器單元(MPU)片芯堆疊模塊15形成有TSV、銅柱、倒裝芯片凸塊(未示出)，以提供用于MPU片芯堆疊模塊15的垂直信號和電源導體。此外，每一個MPU片芯可以包括光學MEMS裝置,例如光束波導和光學饋通件(feed-through)(未不出)，以用于對于相鄰片芯堆疊模塊發(fā)送和/或接收橫向光束信號6、7。
[0033]一旦安裝到系統(tǒng)襯底板5上,處理器片芯堆疊模塊(例如，15、25、35、45、55、和65)和存儲器片芯堆疊模塊(例如，11-14和16-19)可以通過襯底板5中的導體(未不出)連接到用于電和/或光學連接到外部系統(tǒng)的連接盤1-4。此外，片芯堆疊模塊可以以水平和垂直片芯堆疊兩者實施，以助于存儲器片芯和微處理器的多個片芯堆疊之間的光學信號通信。例如，通過將中央MPU片芯堆疊模塊(例如，15)定向為水平片芯堆疊以及將存儲器片芯堆疊模塊(例如，11-14、16-19)定向為垂直片芯堆疊，MPU和存儲器片芯堆疊模塊彼此垂直。這種定向使得MPU片芯堆疊模塊15中的每一個處理器片芯能夠利用直接光學信號6與相鄰存儲器片芯堆疊模塊14、16中的每一個存儲器片芯通信。通過在存儲器片芯堆疊模塊(例如，12-14和16-18)中包括光學饋通，中央MPU片芯堆疊模塊(例如，15)可以利用饋通光學信號6，通過存儲器片芯堆疊模塊與一個或多個非相鄰存儲器片芯堆疊通信。以類似的方式，通過將光學饋通件包括在處理器片芯堆疊模塊(例如，25、35、45和55)中，中央MPU片芯堆疊模塊中的每一個處理器可以使用饋通光學信號7與系統(tǒng)中的所有其它處理器通信。為了支持光學信號通信，片芯堆疊模塊中的每一個處理器和存儲器片芯可以被形成來集成用于實施信息處理操作的晶體管電路和用于通過在處于處理器以及存儲器片芯的片芯邊緣處的MEMS光束波導中終止的一個或多個波導發(fā)送和/或接收光學信號信息的光學電路。通過將多個片芯堆疊模塊與光學通信系統(tǒng)集成，由于用光學互聯(lián)替代電導體(和相關聯(lián)的電感)來提供一種低成本、低功耗、高帶寬的堆疊片芯組件，所得到的通信系統(tǒng)100可以提供更高的密度和帶寬。
[0034]029現(xiàn)在參照圖2-圖4，以說明示例的堆疊片芯組件的制造組裝。從圖2開始，圖2示出了在旋轉和附連到系統(tǒng)板101上的連接盤103-107之前的制造的初始階段的具有光學互連的并排堆疊的片芯組件的透視圖。所述的堆疊片芯組件包括由多個處理器片芯151、152、153形成的中央處理器片芯堆疊150。如圖2中的中央處理器片芯堆疊150的放大圖所示的，處理器片芯151、152、153各自垂直地定向(例如，在片芯邊緣上)并與前面(或左面)位置的第一處理器片芯151、第二位置的第二處理器片芯152等等，直到后面(或最右面)位置的最后處理器片芯153垂直堆疊在一起。圖2中的處理器片芯堆疊150的放大圖還示出了，片芯邊緣光學MEMS波導梁156形成于片芯邊緣腔157中，其具有這樣的波導梁結構:該波導梁結構包括被包封波導結構158圍繞的光學梁結構159，以用于沿著光學梁結構159的路徑引導任何調制的光信號。在中央處理器片芯堆疊150中，處理器片芯151、152、153通過膜粘合劑、熔融晶片接合或任何其它適當?shù)钠靖竭B機制(未示出)連接在一起。如果需要的話，中央處理器片芯堆疊150也可以包括放置在單個處理器片芯151-153之間和/或周圍的來由此散熱的散熱器和/或熱沉結構。為了有助于處理器片芯堆疊150內的片芯到片芯信號以及電源連接，每一個處理器片芯151、152、153可以包括穿通硅的通孔(TSV)導體。此外，至少邊緣處理器片芯151可以包括多個(例如，大約1000)外部盤或導體155，例如，填充的TSV或邊緣連接盤，以用于提供到熱電裝置(例如，焊料球、銅柱、或倒裝芯片凸塊)的電接觸。在所選的實施例中，邊緣處理器片芯151也可以包括光學TSV結構，以用于提供到系統(tǒng)板101中的光學路由結構(例如，光束波導)的光學接觸。一旦安裝到系統(tǒng)板101上，處理器片芯堆疊150可以通過系統(tǒng)板101中的導體(未示出)連接到用于電連接到外部系統(tǒng)的連接盤102。最后，每一個處理器片芯151-153可以包括在橫向片芯邊緣的多個光學MEMS波導梁156 (例如，大約100至200個)，以用于提供與相鄰片芯堆疊的光學片芯對片芯通信或通過相鄰片芯堆疊的光學片芯對片芯通信。
[0035]所描述的堆疊片芯組裝還包括多個被放置在中央處理器片芯堆疊150的相對側上的存儲器片芯堆疊(例如，130、140、160和170)。在中央處理器片芯堆疊150的左側，第一存儲器片芯堆疊130包括多個水平定向并堆疊在一起的存儲器片芯131、132、133，以及第二存儲器片芯堆疊140包括多個水平定向并堆疊在一起的存儲器片芯141、142、143。在中央處理器片芯堆疊150的右側，第三存儲器片芯堆疊160包括多個水平定向并堆疊在一起的存儲器片芯161、162、163、164，以及第四存儲器片芯堆疊170包括多個水平定向并堆疊在一起的存儲器片芯171、172、173。雖然在每一側示出了兩個存儲器堆疊，但應了解，可以使用更多或更少存儲器片芯堆疊。如圖2中的示例存儲器片芯堆疊160的放大圖所示的，存儲器片芯(例如，161-164)各自被定向以水平地與底部的第一處理器片芯161、第一處理器片芯161的頂部上的第二處理器片芯162等等，直到頂部位置的頂部存儲器片芯164堆疊在一起。在每一個存儲器片芯堆疊(例如，130、140、160和170)中，存儲器片芯(例如，161-164,171-173)通過膜粘合劑、融合晶片接合或任何其它適當?shù)钠靖竭B機制(未示出)附連在一起。圖2中的處理器片芯堆疊160的放大圖還示出了，片芯邊緣光學MEMS波導梁166形成于片芯邊緣腔167中，其具有這樣的波導梁結構，該波導梁結構包括被包封波導結構168圍繞的光學梁結構169以用于沿著光學梁結構169的路徑引導任何調制的光信號。如果需要的話，散熱器和/或熱沉結構可以被放置在存儲器片芯堆疊之間和/或片芯儲器片芯堆疊周圍以由此散熱。為了有助于每一個存儲器片芯堆疊內的片芯到片芯信號以及電源連接，每一個存儲器片芯(例如，161-164、171-173)可以包括TSV導體，并且至少邊緣存儲器片芯(例如，161、171)可以包括多個(例如，大約20個)外部盤或導體165、175以用于到系統(tǒng)板101的邊緣凸塊連接，例如填充的TSV或邊緣連接盤。一旦安裝到系統(tǒng)板101上，存儲器片芯堆疊可以通過系統(tǒng)板101中的導體(未示出)連接到用于電連接到外部系統(tǒng)的連接盤102。此外，每一個處理器片芯(例如，161-164、171-173)可以包括在橫向片芯邊緣的多個光學MEMS波導梁166、176 (例如，大約100至200個)，以提供與相鄰片芯堆疊的光學片芯到片芯通信或通過相鄰片芯堆疊的光學片芯到片芯通信。
[0036]為了有助于每一個片芯堆疊內的片芯到片芯信號連接，每一個片芯可以包括光學TSV結構和成角度的反射鏡結構(例如，45度反射鏡結構)，以用于在片芯堆疊中將光學信號從第一片芯偏轉到一個或多個另外的片芯。對于可以用于制造波導梁、光學TSV結構和成角度的反射鏡結構的半導體工藝步驟的附加細節(jié)，現(xiàn)在參考與本申請一起提交的發(fā)明名稱為“Optical Backplane Mirror”的美國專利申請,通過引用將其并入在此就好像將其在這里全面提出。雖然其參考所選的光學背板片芯實施例進行描述，但應理解在“OpticalBackplane Mirror”申請中描述的制造工藝步驟也可以用于在每一個片芯中形成光學TSV結構和成角度的反射鏡結構。
[0037]在其它實施例中，片芯堆疊130、140、150、160、170中的片芯，例如處理器片芯151或存儲器片芯161，可以被形成為兩個分開制造的片芯的復合體。在這些實施例中，第一片芯包括使用標準半導體晶體管制造技術形成的電學部件，而第二片芯包括主要使用了光學制造技術形成的光學部件，例如波導、調制器和激光源。通過分別使用不同的制造技術制造復合片芯，可以降低處理器片芯和存儲器片芯的制造成本，從而允許系統(tǒng)100的更低成本。在所選的實施例中，第一和第二復合片芯可以在堆疊之前組合，因此片芯堆疊將是復合片芯的組件。在其它實施例中，電學和光學片芯將保持分開直到組合到片芯堆疊模塊中。
[0038]在圖2中所示的片芯堆疊組件中，中央處理器片芯堆疊150被與存儲器片芯堆疊(例如，130、140、160和170)垂直地定向，其中中央處理器片芯堆疊模塊150被定向為垂直片芯堆疊151-153，而存儲器片芯堆疊模塊130、140、160、170被定向為水平片芯堆疊131-133、141-143、161-164、171-173，以彼此垂直。隨著所描述的堆疊片芯組件繞著旋轉軸180旋轉90度，如圖3中所示，這種相對垂直的定向被保持，其中圖3示出了在旋轉和對準之后的圖2中的具有光學互連的并排片芯堆疊組件的透視圖。然而，在旋轉之后，中央處理器片芯堆疊模塊150被定向為水平片芯堆疊151-153，而存儲器片芯堆疊模塊130、140、160,170被定向為垂直片芯堆疊131-133、141-143、161-164、171-173，以彼此垂直。如圖3中所示，處理器和存儲器片芯堆疊模塊130、140、150、160、170被定向并與相應的多個熱電導體陣列123-127(例如，焊料球、銅柱、或倒裝芯片凸塊)對準，以與系統(tǒng)板101上的接觸盤103-107電連接。尤其是，片芯堆疊組件的旋轉定向將外部盤或導體(例如，155、165、175)放置在處理器和存儲器片芯堆疊(例如，150、160和170)上，以與系統(tǒng)板101上的接觸盤(例如，105-107)電連接。
[0039]現(xiàn)在轉到圖4，圖4示出了圖3中的并排堆疊的片芯組件在處理器和存儲器片芯堆疊模塊130、140、150、160、170附連到具有連接到相對側的外部導體181 (例如，銅柱、焊料球或倒裝芯片互連)的系統(tǒng)板101之后的透視圖。雖然在圖4中不可見，熱電導體陣列123-127(來自圖3)被放置在系統(tǒng)板101與處理器及存儲器片芯堆疊模塊130、140、150、160,170之間，以與系統(tǒng)板101上的接觸盤103-107電連接。在所選的實施例中，在回流爐中將焊料球或倒裝芯片陣列123-127焊接在系統(tǒng)板101上的適當位置，并隨后將堆疊德爾片芯組件放置在焊料球或倒裝芯片陣列123-127上以進行第二回流。在其它實施例中，熱電導體陣列123-127可以用焊料球或倒裝芯片陣列來實現(xiàn)，其被形成為在片芯堆疊底部上的回流焊料球。在另一個實施例中，在放置片芯堆疊和回流整個群組之后，焊料球或倒裝芯片陣列123-127被放置在具有焊劑(flux)的系統(tǒng)板101上。
[0040]一旦附連于系統(tǒng)板101，點對點光學通信可以被用于在堆疊片芯組件的單個處理器片芯和存儲器片芯之間通信。例如，處理器片芯堆疊模塊150可以通過分別使用點對點光束信號183、184與相鄰存儲器片芯堆疊140、160通信。通過使用片芯中存儲器片芯堆疊140、160中由波導(其連接到每一個片芯邊緣處的MEMS光束波導)形成的光學饋通件，處理器片芯堆疊模塊150可以使用點對點光束信號182、185與非相鄰的存儲器堆疊130、170通信。
[0041]給定處理器和存儲器片芯的垂直定向，則每一個橫向設置的處理器片芯(例如，151)可以被設置來提供與在相鄰存儲器片芯堆疊(例如，160)中的多個垂直設置的存儲器片芯(例如，161-164)中的每一個的點對點光學通信。為此，可以將處理器片芯151的片芯邊緣上的光學MEMS波導梁156劃分成組，其中每一組MEMS波導梁被分配給不同的存儲器片芯。為了說明該分組，現(xiàn)在參照圖5，圖5示出了來自圖4的堆疊的片芯組件的底部處理器片芯151和正面存儲器片芯164的部分透視圖，以說明其間的點對點光束的光學交叉對準(optical crossover alignment)。如圖所示,在處理器片芯151的邊緣上的光學MEMS波導梁被劃分成若干組MEMS波導梁191、192，其中每一組被分配到不同的存儲器片芯。在所描述的例子中，第一組光學MEMS波導梁191被分配以通過進行與存儲器片芯164上的一組光學MEMS波導梁111的點對點光學通信而與存儲器片芯164通信。如圖5所示，光學MEMS波導梁111的終端位于存儲器片芯164的面向第一組光學MEMS波導梁191的隱藏面上，因此用虛線示出。尤其是，處理器片芯151上的第一光學MEMS波導梁190被對準以給存儲器片芯164上的第一組光學MEMS波導梁110發(fā)送光學信號112。以類似的方式，處理器片芯151上的第一組光學MEMS波導梁191的剩余部分被對準以給存儲器片芯164上的光學MEMS波導梁組110的剩余部分發(fā)送光學信號113-114。以類似的方式，處理器片芯151上的第二組光學MEMS波導梁192被對準以給位于存儲器片芯163的面向第二組光學MEMS波導梁192的隱藏面上的一組光學MEMS波導梁115發(fā)送光學信號(未示出)，因此其用虛線示出，如此這般。在兩個片芯之間的光學鏈路上的雙向通信在鏈路的每一端處都需要MEMS波導梁，這是由于發(fā)射光束必須與目標接收器對準。
[0042]利用所公開的交叉條對準，由處理器和存儲器片芯的交叉點限定的片芯接口區(qū)域可以包括位于處理器片芯邊緣的多個光學MEMS波導梁(例如，191)和位于存儲器片芯邊緣的相應的多個光學MEMS波導梁(例如，111)。結果，可以在垂直片芯/水平片芯接口區(qū)域交換多個光束。對于在片芯邊緣上的相鄰MEMS波導梁之間接近7-10微米的間距，束對準所需的角度變小。此外，在垂直片芯/水平片芯接口區(qū)域的每一組光學MEMS波導梁可以包括一個或多個未調制束、一個或多個饋通未調制光束、一個或多個處理器到存儲器光束、和/或一個或多個饋通已調制光束。
[0043]除了處理器和存儲器片芯堆疊的垂直定向之外，還有許多因素可以破壞保持在處理器片芯堆疊和存儲器片芯堆疊之間的保持點對點光學通信的能力，例如橫向堆疊間距以及處理器片芯和存儲器片芯之間的片芯厚度或高度的任何差別。顯然，這些因素會對于去往和來自處理器片芯堆疊150的光束信號183、184施加以重要的束角度要求。為了降低減小束角度要求，可以在堆疊的片芯模塊之間使用大約100毫米-200毫米的片芯堆疊間距。此外，可以通過在每一個存儲器片芯堆疊模塊下面形成TSV間隔物，來調整存儲器片芯堆疊模塊相對于處理器片芯堆疊的高度，以抬升存儲器片芯堆疊和改善相對于處理器片芯的束角度。
[0044]實現(xiàn)點對點光學通信信號的精確對準的一種方法是:使用可偏轉的MEMS光波導梁。雖然光學MEMS裝置已被用于提供移動的波導，但這樣的裝置通常使用在波導梁邊上的單一的連續(xù)電極來提供對移動的一維控制，并且經常使用外部反光鏡來偏轉光學信號。為了克服與這些常規(guī)方法相關聯(lián)的局限性，此處公開了一種光學MEMS波導梁，其具有多個偏轉電極以提供用于點對點光學互連的對準的二維偏轉。尤其是，如圖6所示，示出了在片芯邊緣(例如，在處理器片芯151)的MEMS光束波導(例如，190)的放大透視圖。
[0045]如圖6的放大圖所示，片芯邊緣光學MEMS波導梁190形成于片芯邊緣腔198內，其具有這樣的波導光梁結構，該波導光梁結構包括被包封波導結構194圍繞的光學梁結構193。正如所形成的，包封波導結構194包圍光學梁結構193的側面以限制光由其散逸(dispers1n)，從而沿著光學梁結構193的路徑引導任何調制的光學信號。為了提供用于對準點對點光學互連的二維偏轉控制，MEMS波導梁190包括多個偏轉電極195-197，從而可以將不同的電壓施加到偏轉電極195-197。例如，在MEMS波導梁結構193、194的第一側上形成第一多個分離的電極195,以對其施加橫向偏轉力。此外，可以在MEMS波導梁結構193、194的相反側上形成第二多個分離的電極196，以對波導梁施加附加的橫向偏轉力。為了提供垂直偏轉力，在MEMS波導梁結構193、194的上方形成多個分離的電極197，并且如果需要的話，可以在MEMS波導梁結構193、194下方形成一個或多個附加電極(未示出)。通過使用在被封閉的光學MEMS波導梁190邊上的分離的電極195-197(其可以被獨立控制)，可以在x(橫向)和y (垂直)方向提供二維對準控制，以提供用于對準光學通信信號的精確操縱(steering)控制。如將理解的，在圖6中未示出操作分離的電極195-197所需的電導體，并且為了使視覺復雜度最小化，已經將其從該圖中略去。
[0046]在所選的實施例中，分離的電極可以沿著梁的側面，允許沿著梁在不同的點施加不同的電壓。以這種方式，可以沿著MEMS波導梁結構193、194的長度施加不同的電極引起的偏轉力，以增大或減小施加在其不同部分的偏轉力。例如，通過沿著MEMS波導梁結構的長度增加偏轉電壓，沿著其長度增加偏轉量。然而，為了降低在MEMS波導梁結構的基底處的應力折斷的風險，施加到MEMS波導梁結構的基底處的至少第一電極的偏轉電壓的極性可以與施加到MEMS波導光梁結構末端處的電極的極性相反，從而減小基底處的偏轉應力。
[0047]通過將MEMS光梁與光波導和二維偏轉控制集成，提供了高性能封裝裝置，它使用沿著封閉的光梁的側面的分離的電極，以限制來自梁內的光的散逸，以及提供可以用于在多個通信子系統(tǒng)中的片芯堆疊之間提供光通信的對準控制。圖7中示出了這種封裝裝置的一個例子，圖7示出了具有用于附連到系統(tǒng)板201的光學互聯(lián)的多個并排片芯堆疊系統(tǒng)213-222的透視圖，以說明如何使用點對點光學通信在所述多個并排片芯堆疊系統(tǒng)中的各片芯之間通信。在第一子系統(tǒng)213-217中，定向并對準中央處理器片芯堆疊215和多個存儲器片芯堆疊213-214、216-217(放置在中央處理器片芯堆疊215的相對側)，以通過使用相應多個熱電導體陣列(未示出)與系統(tǒng)板201上的接觸盤203-207電連接。此外，第二子系統(tǒng)218-222包括中央處理器片芯堆疊220和多個存儲器片芯堆疊218_219、221_222，它們被定向并對準以通過使用相應的多個熱電導體陣列(未示出)與系統(tǒng)板201上的接觸盤208-212電連接。當然，應理解，片芯堆疊系統(tǒng)213-222不限于處理器或存儲器片芯堆疊實現(xiàn)方式，并且可以由用于其它用途的任何期望的片芯形成，因此可以有這里所描述的結構的其它用途的其它實施例。除了注意可以使用任何適當?shù)钠靖竭B機制和熱電導體連接(例如，焊料球或倒裝芯片連接)來通過系統(tǒng)板201中的導體(未示出)將片芯堆疊213-222附連并電連接到連接盤202以用于電連接到外部系統(tǒng)之外，還應注意，用于制造、組裝和附連各處理器和存儲器片芯堆疊213-222的工藝細節(jié)可以基本上根據(jù)上面所述的進行，因此這里將不再重復。
[0048]為了使得能夠進行光學通信，第一子系統(tǒng)中的片芯堆疊(例如，213-217)包括多個光學片芯邊緣MEMS波導梁231-234，其具有二維對準控制，以給中央處理器片芯堆疊(例如，215)提供與相鄰存儲器片芯堆疊(例如，213-214、216-217)或通過相鄰存儲器片芯堆疊(例如，213-214、216-217)的光學片芯到片芯通信。同樣，第二子系統(tǒng)中的片芯堆疊(例如，218-222)包括多個具有二維對準控制的光學片芯邊緣MEMS波導梁235-238，以給中央處理器片芯堆疊220提供與相鄰存儲器片芯堆疊218-219、221-222或通過相鄰存儲器片芯堆疊218-219、221-222的光學片芯到片芯通信。(如果任一子系統(tǒng)中包括任何附加的存儲器片芯堆疊，則存儲器片芯堆疊217-218被示為具有光學片芯邊緣MEMS波導梁240、241。)最后，通過在每一個處理器片芯堆疊215、220處包含多個光學片芯邊緣MEMS波導梁239，以使得能夠實現(xiàn)二維對準控制以用于其間的光學片芯到片芯通信，來提供子系統(tǒng)之間的光學通信。
[0049]為了說明用于形成集成電路光學MEMS波導梁的示例制造工序，現(xiàn)在參照圖8-圖17，圖8-圖17示出了在生產MEMS光束波導的不同階段的部分平面和切除側視圖，其中波導的側面全部覆蓋，以及源自被放置在的MEMS光束波導周圍的單獨的X和y方向電極組的二維運動控制可以被獨立控制。在圖8-圖17所示的實施例中，通過波導材料沿著光束波導的側面將該光束波導完全包封，該波導材料不包含任何金屬化，然而在其它實施例中，也可以添加金屬化層到光束波導的一側或多側。
[0050]首先參照圖8，圖8示出了被形成為具有多個襯底層301-306的起始堆疊的半導體晶片結構的部分的切除側視圖。在所選的實施例中，該晶片結構包括由單晶硅形成的體硅襯底301，然而其它材料可以被用于襯底層301。在襯底層301上，可以通過沉積或熱生長氧化硅到預定厚度(例如，大約1-50納米)來形成薄氧化物層或墊盤氧化物層302，然而也可以使用其它材料和厚度，例如如果在后來的形成步驟中需要的話，當墊盤氧化物層302被用于防止襯底301表面的硅化的時候。在氧化物層302上，在晶片結構上順序形成氮化硅層303和氧化物層304。在所選的實施例中，通過化學氣相沉積(CVD)或熱沉積工藝沉積氮化層303到預定厚度(例如，1000納米或用于在后續(xù)形成步驟中形成腔的其它合適厚度)，其中控制該厚度以限定后續(xù)形成的波導梁腔的部分。此外，可以通過使用CVD或熱沉積工藝，單獨地或與平坦化或拋光步驟組合地，沉積氧化硅或其它合適的絕緣材料到預定厚度(例如，1000納米或用于包封波導的其它合適厚度)，來形成氧化物層304。在氧化物層304上，順序形成硅襯底層305和氧化物層306。在所選的實施例中，可以通過外延生長單晶硅或使用任何期望的CVD或熱沉積工藝沉積多晶硅，到預定厚度(例如，1000納米或用于形成波導的其它合適厚度)，來形成硅襯底層305，其中控制該厚度以限定后續(xù)形成的光梁結構。在某些實施例中，將多晶硅退火以形成大的硅晶粒。此外，可以通過使用CVD或熱沉積工藝，單獨地或與平坦化或拋光步驟結合地，沉積氧化硅或其它合適的絕緣材料到預定厚度(例如，1000納米或用于包封波導的其它合適厚度)，來形成氧化物層306。如將理解的，可以將襯底層301-306的起始堆疊形成為絕緣體上半導體(SOI)襯底晶片結構，其中硅襯底層305和下面的襯底層301被接合在一起以包括由氧化物層304形成的掩埋氧化物層。
[0051]圖9通過在層305-306的部分已被圖案化和蝕刻以形成圖案化的部分波導梁結構307以選擇性以多個蝕刻的開口 308-313暴露氧化物層304之后的部分平面圖，示出了在圖8之后的半導體晶片結構的工藝處理。沿著所選的橫截面(例如，線a-a’)，可以控制不同的蝕刻的開口 308-313的尺寸，來以相對較窄的外開口 308、311和相對較寬的內開口 309、310限定左和右電極結構305E以及中央波導梁結構305B(如圖10所示)。在其它橫截面(例如，線b-b’)，可以控制不同的蝕刻開口 308-313的尺寸，來以開口 312、313僅僅限定中央波導梁結構305B(如圖10所示)。雖然可以使用任何所期望的圖案化和蝕刻工藝，但是可以通過如下來形成蝕刻的開口 308-313:形成光致抗蝕劑掩?；蚱渌谀２牧?未示出)，其被圖案化、顯影和使用適當?shù)母飨虍愋晕g刻化學物質來蝕刻以保護頂氧化物層306并在其中形成開口 308-313的位置露出下面的氧化物層304。如圖10中通過半導體晶片結構沿橫截面a-a’的部分切除側視圖所示的，開口 308-311限定硅層305以包括位于中央波導梁結構305B的相對側上的左右電極結構305E。然而，在所選的實施例中，左右電極結構305E不延伸中央波導梁結構305B的整個長度，而是可以分成分離的電極，如圖10中的半導體晶片結構沿著橫截面圖b-b’的部分切除側視圖所示，其中開口 312-313限定硅層305以包括中央波導梁結構305B沒有左右電極結構。
[0052]圖11通過在凹口 308-313中形成氧化物層314之后的部分切除側視圖示出了圖10之后的半導體晶片結構的處理工藝。在所選的實施例中，可以通過在該晶片結構上沉積二氧化硅層并隨后平坦化或拋光晶片結構而形成氧化物層314。雖然對于沉積的電介質層314可以使用任何期望的材料和厚度，但應理解，應當選擇提供波導功能以防止來自中央波導梁結構305B的光的散逸的材料和厚度。
[0053]圖12通過在層304、314的部分已被圖案化和蝕刻以形成圖案化的開口 315、316以選擇性暴露下面的氮化物層303而基本上不蝕刻電極結構305E或中央波導梁結構305B之后的部分平面圖，示出了在圖11之后的半導體晶片結構的加工工藝。雖然可以使用任何期望的圖案和蝕刻工藝，但可以利用光致抗蝕劑掩?；蚱渌谀２牧?未示出)來形成蝕刻的開口 315-316，其中該光致抗蝕劑掩?；蚱渌谀２牧媳粓D案化、顯影和通過使用適當?shù)母飨虍愋晕g刻化學物質蝕刻，以保護頂氧化物層314并暴露下面的氮化物層303。尤其是，蝕刻的開口 315-316暴露了左右電極結構305E(在存在的情況下)的內側表面，并創(chuàng)建了下到下面的氮化物層303的開口以用于后續(xù)形成的波導梁腔。在蝕刻的開口 315-316中，例如，通過使用氮化物CVD或熱沉積工藝形成氮化硅層317以覆蓋晶片結構。在這點上，中央波導梁結構305B完全被氧化物包圍，并且波導梁腔被填充以氮化物。在用氮化物填充蝕刻的開口 315-316以覆蓋晶片結構之后，可以通過適當?shù)牡飹伖夤に噷Φ飳?17拋光或平坦化。
[0054]圖13通過在氮化物層317被圖案化并從光束波導區(qū)域以外的區(qū)域移除，并然后利用適當?shù)膶щ姴牧显诠馐▽^(qū)域之上形成多個頂部電極結構318-320之后的部分平面圖，示出了在圖12之后的半導體晶片結構的處理工藝?？梢酝ㄟ^使用任何期望的圖案化和蝕刻工藝將氮化物層317圖案化以保護光束波導區(qū)域并移除氮化物層317。雖然可以使用任何期望的電極形成工藝，但是也可以通過如下來形成頂部電極結構318-320:沉積導電層(例如，多晶硅或金屬或其某種組合)，并隨后圖案化光致抗蝕劑掩模或其它掩膜材料(未示出)以選擇性地蝕刻導電層以限定頂氧化物層314和頂?shù)飳?17之上的頂部電極結構318-320。在所選的實施例中，頂部電極結構318-320和電極結構305E的位置可以以非重疊的布置交錯或交替。這在圖14中通過半導體晶片結構沿著橫截面圖a-a’的部分切除側視圖示出，其中頂部電極結構沒有形成于左右電極結構305E之上。相反，圖14的半導體晶片結構沿著橫截面圖b-b’的部分切除側視圖示出了，頂部電極結構(例如，318)在沒有形成左右電極結構305E的區(qū)域中形成于中央波導光梁結構305B之上。在其它實施例中，頂部電極結構和側電極結構不必交替。
[0055]圖15通過在氮化物層303、317的部分至少被部分蝕刻或移除以在先前蝕刻的電介質層304、314和電極結構305E之間形成開口 321、322以暴露下面的墊盤氧化物層302之后的部分平面圖，示出了在圖14之后的半導體晶片結構的處理工藝。在最低限度上，圍繞中央波導梁結構305B的氮化物層303、317全部被移除，以提供偏轉腔321、322?？梢允褂萌魏纹谕哪軌蛞允芸氐姆绞綇木Y構選擇性地移除氮化物層303、317的蝕刻劑處理工藝。例如，優(yōu)選地，可以通過使用對暴露的電介質材料層302、304、314和任何暴露的硅層305選擇性的濕法蝕刻化學物質(例如，磷酸)，來向下蝕刻氮化物層303、317到墊盤氧化物層302。然而，應理解，也可以使用其它技術以避免使用受控的蝕刻工藝來選擇性地移除氮化物層303、317。不管怎么完成，氮化物層303、317的移除在中央波導梁結構305B周圍形成了波導梁腔，并暴露了任何相鄰的電極結構305E。這在圖16中通過在氮化物層303、317的部分已被移除以在中央波導梁結構305B的相對的側上形成的腔開口 321、322之后的、半導體晶片結構沿著橫截面圖a-a’、b-b’的部分切除側視圖被示出，腔開口 321、322也暴露了電極結構305E (在存在的情況下)。
[0056]圖17通過在至少在頂部電極結構318-320和任何暴露的電極結構305E上形成硅化物層323-324、326-327之后的部分切除側視圖，示出了在圖16之后的半導體晶片結構工藝。由于光束波導由被氧化物波導層304、314包封的懸臂式硅梁328形成，因此沒有硅化物形成于光束波導結構上。如果期望的話，也可以通過在硅化物形成之前在波導梁腔中應用適當?shù)奈g刻化學物質(選擇性地)移除薄的墊盤氧化物層302，在中央波導梁結構305B下面形成一個或多個底部柵極電極結構325。例如，可以使用輕氧化物蝕刻工藝(例如，CHF3、C2F6、或C4F8和氬氣)以移除暴露的薄的墊盤氧化物層302。在氧化物蝕刻之后，通過使用適當?shù)牟牧?例如，鎢)，單獨地或與阻擋層(例如，鈦、鉭、或其氮化物)結合地，將頂部電極結構318-320、電極結構305E以及硅襯底301的暴露部分硅化，以形成硅化物層323-327。這樣得到的硅化物電極在圖17中通過半導體晶片結構沿著橫截面圖a-a’、b-b’的部分切除側視圖示出，其中頂部電極結構318包括硅化物層326、327，而電極結構305E包括硅化物層323-324。此外,可以利用底部電極娃化物層325形成(一個或多個)底部電極。
[0057]雖然底部柵極電極結構325被示為單個電極，但是可以在起始堆疊形成期間使用附加圖案步驟以限定氧化物和氮化物和/或硅的不同層，從而使得移除薄的墊盤氧化物層302暴露出襯底301中的被氮化物和/或氧化物區(qū)域分離的多個硅區(qū)域。例如，襯底301可以被覆蓋有具有不同厚度的氧化物層，包括薄氧化物層(在要形成底部電極的位置)和較厚的氧化物層(在將不形成底部電極的位置)。在其它實施例中，可以通過在堆疊形成之前選擇性地摻雜硅襯底301中的期望的底部電極區(qū)域，而不是形成硅化物層325，來形成單獨的底部柵極電極。替代地，可以在堆疊形成之前，在硅襯底301中形成淺槽隔離(STI)區(qū)域，以在襯底310中僅在其中預期的底部電極區(qū)域所處的位置留下硅區(qū)域。雖然這些附加處理步驟添加了額外的覆蓋步驟以確保波導正確地形成于未來的底部電極之上，但是幾何形狀可以是足夠大的，這應當不是問題。
[0058]如這里所描述的，MEMS光束波導328、304、314的橫向偏轉是由將偏轉偏置電壓施加到懸臂硅梁328和一個或多個橫向偏轉電極305E/323、305E/324的電場引起的，所述橫向偏轉電極根據(jù)所施加的橫向偏轉偏置電壓的極性橫向地推或拉懸臂硅梁328。以類似的方式，MEMS光束波導328、304、314的垂直偏轉是由將偏轉偏置電壓應用于懸臂硅梁328和一個或多個垂直偏轉電極(例如，頂部電極結構318-320或底部柵極電極結構325)引起的，所述垂直偏轉電極根據(jù)所施加的垂直偏轉偏置電壓的極性垂直地推或拉懸臂硅梁328。通過給可偏轉MEMS光束波導提供作為第一偏轉偏置電壓的電位，在橫向或垂直偏轉電極和可偏轉MEMS光束波導上的相同的偏轉偏置電壓(例如，兩者都為正或兩者都為負)將排斥或推動梁遠離腔壁上具有相同電壓的偏轉電極。相反，在橫向或垂直偏轉電極和可偏轉MEMS光束波導上的相反的偏轉偏置電壓(例如，相反極性電壓)將拉動或吸引梁朝向腔壁上具有與梁相反電位的偏轉電極。從電路角度來看，給可偏轉MEMS光束波導以及在與期望的偏轉方向相反的腔壁上的一個或多個偏轉電極上選擇性地只提供正偏轉偏置電壓是有效的，雖然也可以使用任何期望的偏置電壓極性方案來實現(xiàn)期望的偏轉控制。例如，對于所選的多電極實施例，可以施加負偏轉偏置電壓到在期望的偏轉的方向的相反側上并且離帶正電荷的可偏轉MEMS光束波導的基底最近的偏轉電極，以減小將以其它方式會集中在可偏轉MEMS光束波導的基底附近的應力(通過在與迫使梁偏轉的力相反的方向創(chuàng)建力)，從而沿著梁更均勻地分散偏轉應力。在其它實施例中，可以通過使用在相同的腔壁上的偏轉電極上的正負偏轉偏置電壓的組合緊密地控制被偏轉的梁的形狀。在其它實施例中，可以選擇性地偏置腔的相對側上的偏轉電極，以使得腔的一側上的偏轉電極被偏置以吸引，而腔的另一側上的偏轉電極被偏置以排斥。這種技術可以用于降低使梁偏轉所需的最大偏轉偏置電壓，以解決最大偏轉偏置電壓接近或高于電極電壓產生電路的晶體管的擊穿電壓的情況。
[0059]如將理解的，在用于形成集成電路光學MEMS波導梁的制造工序中使用的各工藝步驟可以單獨執(zhí)行或與用于形成集成電路片芯中的其它結構的其它工藝步驟同時執(zhí)行。例如，電極硅化物層325可以由與晶體管柵極或接觸區(qū)域的硅化物形成分開的硅化物形成工藝步驟形成。替代地，電極硅化物層325和硅化的晶體管柵極或接觸區(qū)域可以由相同的硅化物形成工藝步驟形成。
[0060]為了說明用于形成集成電路光學MEMS波導梁的另一示例制造工序，現(xiàn)在參照圖18-圖23，圖18-圖23示出了在生產形成有半導體(例如，硅、硅鍺等等)梁結構的MEMS光束波導的不同階段的部分平面圖和切除側視圖，其中該半導體梁結構具有頂和側金屬化電極和完全波導包封，并且包括被設置在MEMS光束波導周圍的單獨的X和y方向電極組，其可以被獨立控制以提供二維運動控制?？偟膩碚f，圖18-圖23示出了在圖11之后的晶片結構的加工工藝。因此，并且為了一致性的目的，來自圖11的晶片結構特征301-314在圖18-圖23中分別已被重新標記為晶片結構特征401-414。然而，關于圖18-圖23中所示的晶片結構加工，有不同點要注意，其涉及硅襯底層405的圖案化。尤其是，相對較寬的內開口 309、310(圖9-圖10中所示)被替代地形成以較窄的內開口 409、410，從而有效地保持了中央波導梁結構405B的寬度，同時延長了半導體層405的如下文所述形成最終裝置中的橫向電極的部分411、412的長度。
[0061]首先參照圖18，圖18示出了在頂部氧化物層414中和在硅波導梁結構405B之上形成多個頂部電極(TE)結構415-417之后的、圖11之后的半導體晶片結構的處理工藝的部分平面圖。雖然可以使用任何期望的電極形成工藝，但頂部電極結構415-417也可以通過如下形成，在頂部氧化物層414中選擇性地蝕刻多個蝕刻的開口，例如,通過將光致抗蝕劑掩?；蚱渌谀２牧?未示出)圖案化，以頂部氧化物層414中選擇性地蝕刻開口。隨后，沉積導電層，例如，多晶硅或金屬(例如，鎢)或其某種組合，以填充蝕刻的開口，繼之以平坦化或CMP拋光步驟，以限定在中央波導梁結構405B之上的指定位置處的頂部氧化物層之上的頂部電極結構415-417。在所選的實施例中，頂部電極結構415-417和最終形成的橫向電極結構的位置可以以非重疊的布置交錯或交替。這在圖19中通過在形成頂部電極結構415-417以便與如下所述的最終形成的橫向電極結構的相對位置交替之后的半導體晶片結構沿著橫截面圖a-a’、b-b’的部分切除側視圖示出。圖19還示出了，用于圖案化和限定半導體層405的內開口 409、410導致相對較寬的蝕刻的半導體層特征411、412，該半導體層特征411、412被用于形成最終裝置中的橫向電極。當然，應理解，頂和橫向電極結構不需要如圖18-圖19那樣交替。
[0062]圖20通過在層411、412、414、404的部分已被圖案和蝕刻以在中央波導梁結構405B的相對的側上形成圖案化的開口 418、419以選擇性地暴露下面的氮化物層403之后的部分切除側視，圖示出了在圖19之后的半導體晶片結構工藝。雖然可以使用任何期望的圖案和蝕刻工藝，但是也可以利用光致抗蝕劑掩模或其它掩膜材料(未示出)來形成蝕刻的開口 418-419，該光致抗蝕劑掩?；蚱渌谀２牧媳粓D案化、顯影和通過使用適當?shù)母飨虍愋晕g刻化學物質蝕刻，以保護頂氧化物層416并暴露下面的氧化物層403。尤其是，蝕刻的開口 418-419的位置被控制，以將每一個較寬的蝕刻的半導體層特征411、412(在存在的情況下)劃分或分離成如圖所示的分開的半導體電極特征El、E2、E3、E4，并生成向下到下面的氮化物層403的開口，以用于后續(xù)形成的波導梁腔。在蝕刻的開口 418-419中，例如，通過使用氮化物CVD或熱沉積工藝，形成氮化硅層420以覆蓋該晶片結構。在這點，中央波導梁結構405B，頂部電極結構415-417，以及半導體電極特征E2、E3，完全被氮化物圍繞，并且波導梁腔填充有氮化物。在用氮化物填充蝕刻的開口 418-419以覆蓋晶片結構之后，可以通過適當?shù)牡飹伖夤に噷⒌飳?20拋光或平坦化。
[0063]圖21通過在利用適當?shù)膶щ姴牧闲纬啥鄠€頂部電極結構(例如，421)之后的部分切除側視圖示出了圖20之后的半導體晶片結構。雖然可以使用任何期望的電極形成工藝，但可以通過如下來形成頂部電極結構421:在頂氧化物層414和頂?shù)飳?20上，沉積導電層(例如，多晶硅或金屬或其某種組合)，隨后圖案化光致抗蝕劑掩模或其它掩膜材料(未示出)，以選擇性地蝕刻導電層來限定的一個或多個頂部電極結構421。在所選的實施例中，頂部電極結構421的位置與頂部電極結構415-417對準，并且以非重疊布置與半導體電極特征E2、E3交錯或交替，以使頂部柵極電極415、421之間的垂直偏轉力最大化。這在圖21中通過半導體晶片結構沿著橫截面圖a-a’的部分切除側視圖而示出，其中頂部電極結構沒有形成于半導體電極特征El、E2、E3、E4上。相反，圖21的半導體晶片結構沿著橫截面圖b-b’的部分切除側視圖示出了頂部電極結構415、421形成在沒有形成半導體電極特征El、E2、E3、E4的區(qū)域中的中央波導梁結構405B上。在其它實施例中，頂部電極結構和側電極結構不必交替。
[0064]圖22通過部分的氮化物層403、420至少被部分蝕刻或移除以使得圍繞中央波導梁結構405B的全部氮化物被移除之后的部分切除側視圖示出了在圖21之后的半導體晶片結構?？梢允褂萌魏文軌蛞允芸氐姆绞竭x擇性地從晶片結構移除氮化物層403、420的期望的蝕刻工藝。不管怎么完成，移除氮化物層403、420在中央波導梁結構405B周圍形成了波導光梁腔，并暴露任何相鄰電極結構E1-E4。這在圖22中以在氮化物層403、420的部分被移除以在中央波導梁結構405B的相對側上形成腔開口 424、425(這也暴露了電極結構E1_E4(在存在的情況下))之后的半導體晶片結構沿著橫截面圖a-a’、b_b’的部分切除側視圖示出。
[0065]圖23通過在至少頂部電極結構421和任何暴露的電極結構E1-E4上形成硅化物層426-427、429-430之后的部分切除側視圖示出了在圖22之后的半導體晶片結構的工藝。如果需要的話，也可以通過在硅化物形成之前在波導梁腔中應用適當?shù)奈g刻化學物質來(選擇性地)去除薄的墊盤氧化物層402來在中央波導梁結構405B下面形成一個或多個底部柵極電極結構428。在氧化物蝕刻之后，利用適當?shù)牟牧?例如，鎢)，單獨地或與阻擋層(例如，鈦、鉭、或其氮化物)組合地，將頂部電極結構421、電極結構E1-E4以及硅襯底401的暴露部分娃化，以形成娃化物層426-430。如果頂部柵極電極415由金屬(例如,鶴)形成，則層將不會如圖23中所示那樣形成硅化物。在圖23中通過半導體晶片結構沿著橫截面圖a-a’、b-b’的部分切除側視圖示出了所得到的硅化物電極，其中頂部電極結構421包括硅化物層429-430，電極結構E1-E4包括硅化物層426、427。此外，底部電極可以利用底部電極硅化物層428形成。
[0066]為了說明用于形成集成電路光學MEMS波導梁的另一個示例制造工序，現(xiàn)在參照圖24-31，圖24-圖31示出了在生產利用氧化硅(S12)光梁結構形成的MEMS波導梁中的多個不同階段的部分的平面和切除側視圖，其中該氧化硅光梁結構有頂、底以及側金屬化電極和完整的波導封裝，并且包括被設置在MEMS波導梁周圍的單獨的X和y方向電極組，其可以被獨立控制以提供二維運動控制。
[0067]首先參照圖24，圖24示出了半導體晶片結構(被形成為具有多個襯底層501-505的起始堆疊)的部分切除側視圖。在所選的實施例中，晶片結構包括利用單晶硅形成的體硅襯底501，但也可以使用其它材料。在襯底層501上，可以通過將氧化硅沉積或熱生長到預定厚度(例如，大約1-50納米(nm))，來形成薄氧化物層或墊盤氧化物層502，然而也可以使用其它材料和厚度。在墊盤氧化物層502上，在晶片結構上順序形成氮化硅層503和硅襯底層504。在所選的實施例中，通過CVD或熱沉積工藝沉積氮化物層503到預定厚度(例如，1000納米或用于在后來的形成步驟中形成腔的其它合適厚度)，其中該厚度被控制以限定后續(xù)形成的波導梁腔的一部分。此外，可以通過單獨地或與平坦化或拋光步驟組合地，外延生長單晶硅或使用任何期望的CVD或熱沉積工藝沉積多晶硅，來形成硅襯底層504。硅襯底層504被形成至預定厚度(例如，1000納米或用于包封波導的其它合適厚度)，其中該厚度被控制以限定后續(xù)在氧化硅光梁結構周圍形成的包封波導結構。在硅襯底層504上，通過單獨地或與平坦化或拋光步驟組合地，使用CVD或熱沉積工藝形成氧化物層505至預定厚度(例如，1000納米或用于形成波導的其它合適厚度)。如將理解的，襯底層501-505的起始堆疊可以通過將硅襯底層504接合到下面的襯底層501以包括墊盤氧化物層502和氮化物層503而形成。
[0068]圖25通過在層504-505的部分已被圖案化和蝕刻以形成圖案化的開口 506之后的部分切除的視圖和平面圖，示出了在圖24之后的半導體晶片結構的工藝，其中所述圖案化的開口 506限定硅襯底層504中將在其中形成光梁結構的凹陷?？梢钥刂茍D案化的開口506的尺寸以限定光梁結構的寬度和長度。雖然可以使用任何期望的圖案和蝕刻工藝，但是圖案化的開口 506可以利用光致抗蝕劑掩?；蚱渌谀げ牧?未示出)來形成，將該光致抗蝕劑掩?；蚱渌谀２牧蠄D案化、顯影，并利用適當?shù)母飨虍愋晕g刻化學物質進行蝕刻，以保護頂氧化物層505，并在其中形成圖案化的開口 506的地方蝕刻進入下面的硅襯底層503。
[0069]圖26通過在利用沉積和拋光電介質層而在圖案化的開口 506中形成光梁結構507之后的部分切除的側視圖示出了在圖25之后的半導體晶片結構的工藝。在所選的實施例中，可以通過在晶片結構上沉積電介質層(例如，S12)并隨后對晶片結構向下平坦化或拋光到硅襯底層504，來形成光梁結構507。雖然氧化硅可以被用于形成光梁結構507，但是也可以使用給光學信號傳輸提供適當?shù)墓鈧鬏斝阅艿娜魏纹谕牟牧稀?br> [0070]圖27通過在順序形成附加硅波導層508和薄氧化物層或墊盤氧化物層509之后的部分切除側視圖，示出了在圖26之后的半導體晶片結構的工藝。在所選的實施例中，硅襯底層508可以通過使用任何期望的沉積或生長工藝在拋光的硅襯底層504的頂部上，夕卜延生長單晶硅或沉積多晶硅到預定厚度(例如，1000納米或用于包封波導的其它合適厚度)來形成，其中該預定厚度被控制以限定后續(xù)形成的包封的波導結構。如果需要的話，可以對新形成的硅波導層508進行拋光或平坦化。隨后，可以通過沉積或熱生長氧化硅到預定厚度(例如，大約1-50納米)來形成墊盤氧化物層509，然而也可以使用其它材料和厚度。如將要理解的，墊盤氧化物層509為后續(xù)形成的氮化物層512提供了良好的粘附表面。
[0071]圖28通過在層508、509的部分已被圖案化和蝕刻以形成圖案化的開口 510、511以選擇性暴露下面的氮化物層503從而限定被包封硅波導結構508W圍繞的光梁結構507之后的部分切除側視圖示出了在圖27之后的半導體晶片結構的工藝?？梢钥刂莆g刻開口 510、511的位置和尺寸，以限定左和右電極結構508E和中央包封氧化物波導結構508W。雖然可以使用任何期望的圖案和蝕刻工藝，但是可以利用光致抗蝕劑掩?；蚱渌谀２牧?未示出)來形成蝕刻的開口 510、511，其中該光致抗蝕劑掩?；蚱渌谀２牧媳粓D案化、顯影，并利用適當?shù)母飨虍愋晕g刻化學物質來蝕刻，以保護層508、509并在期望的位置暴露下面的氮化物層503。尤其是，蝕刻的開口 510、511創(chuàng)建了向下到下面的氮化物層503的開口，以用于后續(xù)形成的波導梁腔。在蝕刻的開口 510、511中以及在蝕刻的硅結構508E、508W之上，例如通過使用氮化物CVD或熱氮化工藝形成氮化硅層512以覆蓋晶片結構。在這點上，圍繞中央波導梁結構507的包封硅波導結構508W完全被氮化物層503、512圍繞，從而用氮化物填充波導梁腔體。在用氮化物填充蝕刻的開口 510、511以覆蓋晶片結構之后，可以通過適當?shù)牡飹伖夤に噷⒌飳?12拋光或平坦化。在其它實施例中，在用氮化物填充開口之前，可以將蝕刻的開口 510、511中的蝕刻的硅結構508E、508W的暴露的側壁氧化或涂覆以氧化物。
[0072]圖29通過在從光束波導區(qū)域外的區(qū)域移除氮化物層512以及隨后通過適當?shù)膶щ姴牧显诠馐▽^(qū)域上形成一個或多個頂部電極結構513之后的部分平面圖，示出了在圖28之后的半導體晶片結構的工藝。如將理解的，可以通過使用任何期望的圖案化和蝕刻工藝來選擇性地移除氮化物層512，以保護光束波導區(qū)域并移除氮化物層512。對于頂部電極結構513，可以使用任何期望的電極形成工藝，例如在墊盤氧化物層509和頂?shù)飳?12上，沉積導電層(例如，多晶硅或金屬或其某種組合)，并隨后將光致抗蝕劑掩模或其它掩膜材料(未示出)圖案化以選擇性地蝕刻導電層來限定的頂部電極結構513。在所選的實施例中，頂部電極結構513和電極結構508E的位置可以以非重疊配置交錯或交替。在其它實施例中，頂部電極結構和側電極結構可以不必交替。
[0073]圖30通過在至少部分蝕刻或移除氮化物層503、512的部分之后的部分切除視圖和平面圖，示出了在圖29之后的半導體晶片結構的工藝，雖然圍繞包封硅波導結構508W的全部氮化物層503、512被移除?？梢允褂媚軌蛞允芸氐姆绞竭x擇性地從晶片結構移除氮化物層503、512的任何期望的蝕刻工藝。例如，氮化物層503、512可以被向下蝕刻到墊盤氧化物層502，優(yōu)選通過使用對所暴露的電介質材料層502、509和任何暴露的硅層508有選擇性的濕蝕刻化學物質(例如，磷酸)。然而，將理解，可以使用其它技術以避免使用受控的蝕刻工藝來選擇性地移除氮化物層503、512。不管怎么完成，移除氮化物層503、512在包封硅波導結構508W周圍形成了波導梁腔并暴露任何相鄰電極結構508E。在所選的實施例中，可以應用附加氧化物蝕刻工藝，以從波導梁腔的底部移除墊盤氧化物層502。這在圖30中通過在已經移除了部分的氮化物層503、512以及墊盤氧化物層502以在包封硅波導結構508W的相對側上形成腔開口 516、517(這也暴露了電極結構508E(如果存在的話)之后的半導體晶片結構的部分切除視圖示出。另外，圖30的平面圖示出，腔開口 516、517暴露出下面的娃襯底層501。
[0074]圖31以在利用硅化物形成工藝在至少頂部電極結構513-515和任何暴露的電極結構508E上形成硅化物層520-521、523-524之后的部分切除側視圖，示出了在圖30之后的半導體晶片結構的工藝。如果需要的話，也可以在硅化物形成期間在中央波導梁結構508W下面形成一個或多個底部柵極電極結構522。例如，可以單獨地或與阻擋層(例如，鈦、鉭、或其氮化物)組合地，利用適當?shù)牟牧?例如，鎢)將頂部電極結構513-515、包封的娃波導結構508W、側電極結構508E以及娃襯底501的暴露部分娃化，以形成娃化物層520-524。這樣得到的硅化物電極在圖31中通過半導體晶片結構的部分切除側視圖示出，其中頂部電極結構513包括硅化物層523-524，包封的硅波導結構508W包括硅化物層520，并且電極結構508E包括娃化物層521。此外,可以利用底部電極娃化物層522形成底部電極。
[0075]通過提供在其長度上及其周圍設置有多個偏轉電極的MEMS光束波導，每一個偏轉電極可以連接到單獨偏置電壓，以沿著光梁路徑提供不同的偏轉量。在所選的實施例中，可以對于位置更遠離光束波導到支撐襯底的連接的偏轉電極施加更大的電壓，從而沿著光梁路徑增加偏轉。示例實施方式如圖32所示，圖32示出了多個電極偏置驅動器530的電路圖，其中所述多電極偏置驅動器為圖17中的平面圖中所示的光學MEMS波導梁中的多個頂部電極318-320生成單獨的偏轉偏置電壓。如所示的，偏置驅動器530可以被數(shù)字編程以通過如下在電壓驅動器電路533的輸出處生成規(guī)定的電壓:將數(shù)字電壓值存儲在計數(shù)器531處，所述計數(shù)器是通過反饋控制的升降計數(shù)器，在數(shù)模轉換器(DAC) 532處轉換數(shù)字電壓值，以及將轉換的值提供給電壓驅動器電路533，其生成驅動電壓。在一些實施例中，計數(shù)器531和電壓驅動器電路533可以被認為是DAC532的部件。通過將所生成的驅動電壓施加到多抽頭電阻器電路534(所述多抽頭電阻器電路534的各抽頭537-539連接到不同的偏轉電極318-320)，每個頂部電極被偏置以不同的偏轉電壓。例如，第一頂部電極318(其位置離光束波導328到支撐襯底的連接處最遠)被連接到第一抽頭539以接收最大偏轉電壓(例如，由電壓驅動器電路533生成的驅動電壓)。下一頂部電極319 (其位置更靠近光束波導328到支撐底板的連接處)被連接到第二抽頭538以接收第二的較小的偏轉電壓(例如，由電壓驅動器電路533生成的、降低了跨多抽頭電阻器電路534的第一電壓降的驅動電壓)。下一頂部電極320(其位置最接近光束波導328到支撐底板的連接處)被連接到第三抽頭537，以接收第三的最小的偏轉電壓(例如，由電壓驅動器電路533生成的、被降低了跨多抽頭電阻器電路534的第一和第二電壓降的驅動電壓)。以這種方式，提供給頂部電極318-320的偏轉電壓從由電壓驅動器電路533生成的驅動電壓(例如，在抽頭539和電極318處)向下朝向多抽頭電阻器電路534處的參考電壓(例如，地)減小。如將理解的，偏置驅動器530可以通過在多抽頭電阻器電路534中包括附加抽頭(例如，535-536)來提供不同的偏轉偏置電壓，其中所述附加抽頭根據(jù)需要連接到所述多個頂部電極318-320。實際上，取決于每個抽頭535-539是如何連接到不同的偏轉電極318-320，每個電極可以被提供以任何期望的偏轉偏置電壓。
[0076]如將理解的，可以使用其它偏轉偏置電壓發(fā)生器來分別控制設置在波導驅動器的長度上及其周圍的不同偏轉電極。通過將極性與施加于MEMS波導梁結構末端處的電極的偏轉電壓的極性相反的偏轉電壓至少施加到MEMS波導梁結構的基底處的第一電極，能夠分別控制所施加的偏轉偏置電壓的能力可以降低在MEMS波導梁結構基底處的應力破裂的風險?，F(xiàn)在參照圖33，圖33示出了共享的偏置驅動器540的示例電路圖，該偏置驅動器生成用于被設置在一個或多個MEMS波導梁周圍的垂直和橫向偏轉電極的單獨的偏轉偏置電壓。
[0077]所示的共享的偏置驅動器電路540可以用于控制多個MEMS波導梁結構以編程對于制造期間引起的應力導致的光梁偏移的補償。在操作中，可以將偏置驅動器540數(shù)字編程以在耦接到頂偏轉電極和側偏轉電極(未示出)的節(jié)點561-564處生成多個規(guī)定的偏轉電壓。例如，偏置驅動器540在第一節(jié)點561處在用于第一 MEMS光束波導(梁A)的充電電容器551處生成第一橫向或X偏轉電壓，并在第二節(jié)點563處在用于第二 MEMS波導梁(梁B)的充電電容器553處生成第二橫向或X偏轉電壓。此外，偏置驅動器540在第三節(jié)點562處在用于第一 MEMS波導梁(梁A)的充電電容器552處生成第一垂直或Y偏轉電壓,并在第四節(jié)點564處在用于第二 MEMS波導梁(梁B)的充電電容器554處生成第二垂直或Y偏轉電壓。
[0078]為了生成橫向或X偏轉電壓，共享的偏置驅動電路540包括多個數(shù)字計數(shù)器或寄存器，以用于存儲橫向數(shù)字電壓值。例如，通過控制邏輯545將第一 MEMS波導梁的第一橫向數(shù)字電壓值(Ax)存儲在寄存器/計數(shù)器541，以及通過控制邏輯545將第二 MEMS光束波導的第二橫向數(shù)字電壓值(Bx)存儲在寄存器/計數(shù)器543。利用適用的控制邏輯545，來自寄存器541、543的所存儲的橫向數(shù)字電壓值在DAC電路546被分別轉換為第一和第二橫向或X偏轉電壓，其由控制開關549提供給第一和第二節(jié)點561、563。雖然未示出，但是節(jié)點561處的第一橫向或X偏轉電壓可以被提供給第一 MEMS光波導梁(梁A)處的橫向偏轉電極，而節(jié)點563處的第二橫向或X偏轉電壓可以被提供給第二 MEMS光波導梁(梁B)處的橫向偏轉電極。
[0079]以類似的方式，共享的偏置驅動電路540從存儲在多個數(shù)字計數(shù)器和寄存器中的垂直數(shù)字電壓值生成垂直或Y偏轉電壓。例如，通過控制邏輯547將第一 MEMS光束波導的第一垂直數(shù)字電壓值(Ay)存儲在寄存器/計數(shù)器542，以及通過控制邏輯547將第二 MEMS光束波導的第二垂直數(shù)字電壓值(By)存儲在寄存器/計數(shù)器544。利用可適用的控制邏輯547，來自寄存器542、544的所存儲的數(shù)字電壓值在DAC電路548被分別轉換為第一和第二垂直或Y偏轉電壓，其由控制開關550提供給第三和第四節(jié)點562、564。雖然未示出，但是節(jié)點562處的第一垂直或Y偏轉電壓可以被提供給MEMS光束波導(梁A)處的頂偏轉電極，而節(jié)點564處的第二垂直或Y偏轉電壓可以被提供給第二 MEMS光束波導(梁B)處的頂(和/底)偏轉電極。
[0080]通過使用共享的電路布置540中的控制邏輯從存儲在專用控制寄存器541-544中的數(shù)字電壓值生成不同的垂直和橫向偏轉電壓，可以將每個單獨的頂和側電極分別偏置以任意偏轉電壓。以這種方式，提供給頂和側電極的偏轉電壓可以沿著相應的MEMS梁波導的長度增加或減小。替代地，通過將偏轉電壓(其極性與施加到MEMS光束波導結構末端處的電極的偏轉電壓的極性相反)至少施加到MEMS波導梁結構的基底處的第一電極，偏置驅動器540可以提供不同的偏轉偏置電壓以降低MEMS光波導梁結構的基底處應力破裂的風險。
[0081]利用共享電路布置540 (例如，圖33所示的)，提供了一種用于在每個MEMS光波導梁處生成MEMS光束波導極板電壓的方法，其中所述電壓可以被單獨施加給不同的偏轉電極，以為制造和/或操作期間引起的應力所產生的梁偏移調整提供基于反饋的補償。作為預備步驟，對用于梁(例如，梁A)的DAC計數(shù)器對用初始設定值進行校準，以補償由制造應力或缺陷導致的在X和Y方向的梁偏轉，從而將梁偏轉歸零。初始校準步驟可以在制造時或測試操作期間進行，并且所得到的X和Y校準值可以被存儲，例如通過編程熔絲值或閃存存儲器值。使用控制邏輯，計算(或從存儲器中取回)表示預期的梁偏轉角度的值，其基于耦接到相鄰堆疊中的目標片芯中的接收器的MEMS光束波導的計算的相對物理位置，并且所述值隨后被加到所存儲的X和Y校準值以計算最終的X和Y偏轉值，其可以被存儲或加載用于該MEMS光波導梁的X和Y偏轉控制寄存器對中。該梁的最終X和Y偏轉值隨后可以通過控制邏輯545、547從寄存器(例如，541、542)加載到相應的DAC電路546、548，在那里它們被轉換成X和Y MEMS梁板電壓，其分別通過控制開關549、550被存儲在電容器551,552上。在加載所存儲的值以供DAC電路546、548處理來生成X和Y偏轉電極的偏轉電壓之后，相應的MEMS光束波導可以被在X和Y偏轉到初始角度，以大約對準到相鄰堆疊中的目標片芯中的相關聯(lián)的接收MEMS光束波導。隨后可以發(fā)起用于改善梁對準的校準過程。因為還沒有數(shù)據(jù)信號可用，所以可以使具有偽信號的光束通過校準MEMS光束波導以被相鄰堆疊中的目標MEMS光束波導和接收器接收。來自目標MEMS光束波導和接收器的反饋電信號(FB)基于目標接收器處接收到的光束強度而生成，并且隨后可以通過片芯堆疊(例如，TSV)和襯底板中的連接耦接。一旦被接收，反饋電信號(FB)可以由控制邏輯545、547用來更準確地調整校準MEMS光束波導的對準。
[0082]隨著時間，X和YMEMS梁板電壓可以根據(jù)需要調整，以反映梁對準要求中的變化，例如可以由使用過程中的振動(例如，掉落)或溫度變化引入。為此，可以周期性地從發(fā)送的MEMS光波導梁傳遞光學信號或光學偽信號到相應的接收的MEMS光束波導梁，以生成供控制邏輯545、547在校準(重新校準)MEMS光束波導梁以實現(xiàn)光束波導對準時使用的的反饋(FB)。響應于該反饋信號，控制邏輯545、547調整DAC計數(shù)器值和/或以其它方式更新存儲在用于該光梁的X和Y偏轉控制寄存器對(例如，541、542)中的值。以這種方式，在下一梁對準/電容器恢復周期期間，控制邏輯545、547可以取回和使用來自X和Y偏轉控制寄存器的調整的最終X和Y偏轉值。
[0083]如上所述的，提供了一種改進的MEMS光束波導，其具有被封閉的側面以限制光散逸，并具有二維對準和受控的反饋以調整梁對準，以使片芯到片芯的光學通信的集成更加容易。雖然MEMS光束波導和周圍的電極結構可以用在作為信息處理系統(tǒng)的一部分的受控反饋系統(tǒng)中，但應理解，該可控的光束波導可以與期望光束波導的受控移動的任何實施例(例如，傳感器通信系統(tǒng)、汽車傳感器和控制系統(tǒng)等)一起使用。圖34示出了第一示例應用，它示出了在堆疊的片芯組件中可以如何使用具有二維梁對準的MEMS光梁來在兩個片芯之間通信而沒有外部偏轉。應理解，在其中在兩個片芯之間的光學鏈路上使用雙向通信的一些實施例中，在鏈路的每一端都有MEMS光波導梁，以使得發(fā)送梁在兩個方向上被對準到目標MEMS光束波導梁和接收器。在這些實施例中，鏈路對準包括在鏈路的兩端處的梁如上所述地對準。對于單向通信，對準接收的MEMS光波導梁呈現(xiàn)出垂直于梁的接收波導面，減少了束的散逸。
[0084]現(xiàn)在參照圖34，圖34示出了在相鄰片芯堆疊中的發(fā)送和接收用MEMS光束波導以及在它們之間傳送的光學信號。在左邊，兩個堆疊片芯601、611分別包括用于生成未調制光束的光或激光源(L)和用于生成調制的光束以通過各自的MEMS光束波導602、612進行傳輸?shù)恼{制器(M)。此外,每一個堆疊的片芯601、611包括MEMS光束波導602、612，可以通過將一個或多個偏轉偏置電壓施加于被設置在每個腔603、613周圍的偏轉電極605、615，來使所述MEMS光束波導在腔603、613內偏轉。每個堆疊片芯601、611可以包括一個或多個附加偏轉電極604、614，其被設置在每個腔603、613周圍以提供附加維度的光束對準控制。以類似的方式，在右邊，有兩個堆疊片芯606、616，它們分別包括MEMS光束波導607、617，其中可以通過將一個或多個偏轉偏置電壓施加于被設置在每腔608、618周圍的偏轉電極610,620以及一個或多個附加偏轉電極609、619，來使所述MEMS光束波導在腔608、618內偏轉。每一個堆疊片芯606、616包括接收器(R)以用于接收和解調通過各自的MEMS光束波導607、617接收的光束信號。
[0085]通過生成適當?shù)钠D偏置電壓并將其施加于片芯601處的上下偏轉電極605u、605d，MEMS光束波導602在腔603內被偏轉以向下指向片芯616，從而引導來自MEMS光束波導602的光學信號621。在接收片芯616處,適當?shù)钠D偏置電壓被施加于上下偏轉電極620u、620d，以使MEMS光束波導617偏轉以對準，以便接收光學信號621。以這種方式，被設置在MEMS光束波導602、617上及其周圍的多個偏轉電極604_605、619_620可以用于提供二維偏轉以用于對準兩個片芯之間的通信，而沒有如上面所描述的外部偏轉以及用于調整束對準的受控反饋。
[0086]以類似的方式，可以將偏轉偏置電壓施加于片芯611處的上下偏轉電極615u、615d，以使腔603內的MEMS光束波導632偏轉以向下指向片芯606，從而引導來自MEMS光束波導612的光學信號622。在接收片芯606處,施加適當?shù)钠D偏置電壓到上下偏轉電極610u、610d，以使MEMS光束波導607偏轉以對準，以便接收光學信號622。以這種方式，設置在MEMS光束波導612、607上及其周圍的多個偏轉電極614_615、609_610可以被用于提供二維偏轉，以用于對準兩個片芯之間的通信，而沒有如上面描述的外部偏轉以及用于調整束對準的受控的反饋。一旦實現(xiàn)MEMS光束波導對602、617和612、607的對準，則每個MEMS光束波導能夠雙向通信。除了有助于片芯到片芯的信號連接，利用在此公開的改進的MEMS光束波導其它應用也是可能的。例如，可以在片芯內內部地使用MEMS光束波導以提供光學波導交叉通信路徑，如在光波導平面內潛在沖突結構之間。圖35中示出了示例的交叉應用，它示出了可以如何使用具有二維梁偏轉的MEMS光梁來在片芯631內提供光學波導交叉路徑。如所示，片芯631包括一對MEMS光束波導632、637，如果未偏轉時，它們將傳遞與同一平面內(但與頁面垂直地對準)的光學結構641 (例如，激光腔、調制器等等)相互作用的光學信號，從而可能導致信號衰減。代替使用固定的波導/反光鏡布置(及其相關聯(lián)的成本和復雜性)來路由波導經過彼此，該對MEMS光束波導632、637被繞具有反射表面層636的交叉腔643設置，以將來自MEMS光束波導632的光學信號642反射到MEMS光波波導637。
[0087]為了實現(xiàn)交叉(crossover)信號路由，MEMS光束波導632、637的對被設置在交叉腔643的相對側上，從而可以通過將一個或多個偏轉偏置電壓施加于被設置在每腔633、638周圍的偏轉電極634-635、639-640，使MEMS光束波導632、637在其各自的腔633、638內偏轉。通過適當控制應用于導體層(例如，金屬I(Ml)層)的圖案化和蝕刻工藝，可以由相同的材料層形成偏轉電極635u、640u和反射表面層636,只要反射表面層636的位置和寬度被選擇以提供光學信號642的所需反射。在操作中，施加偏轉偏置電壓到上下偏轉電極635u、635d以使MEMS光束波導632在腔633內偏轉，以向上指向反射表面層636，從而引導來自MEMS光束波導632的光學信號642以被向后反射回MEMS光束波導637。同樣地，施加適當?shù)钠D偏置電壓到上偏轉電極640u、640d以使MEMS光束波導637偏轉對準，以接收反射的光學信號642。以這種方式，可以利用設置在MEMS光束波導632、637上及其周圍的多個偏轉電極634-635、639-640來提供二維偏轉，以用于通過利用與常規(guī)束開關相同的技術來建立光學波導交叉。為了防止來自光學信號與波導641的相互作用的信號衰減，MEMS光束波導632、637在波導發(fā)揮功能的時候總是處于偏轉位置。
[0088]除了交叉信號路由之外，MEMS光束波導632、637的對還可以被設置以選擇性地切換來自和去往波導641的信號。例如，如果波導641包括偏轉反射鏡結構(例如，用于垂直偏轉光學信號的45度反射鏡)，則可以通過在偏轉電極施加適當?shù)钠D偏置電壓，來使一個或多個MEMS光束波導632、637偏轉，以偏轉MEMS光束波導(例如，632)來指向波導641中的偏轉反射鏡結構(未示出)，從而垂直偏轉發(fā)送的光學信號。類同地，可以通過在偏轉電極施加適當?shù)钠D偏置電壓，以偏轉MEMS光束波導(例如，637)指向波導641中的偏轉反射鏡結構(未示出)，來在MEMS光束波導處接收從波導641中的偏轉反射鏡結構(未示出)發(fā)送的光學信號。
[0089]在此所公開的MEMS光束波導也可以被用于其它與開關(切換)相關聯(lián)的應用以用于內部片芯信號連接和/或片芯到片芯的信號連接。例如，MEMS光束波導可以被用于在片芯內提供光學冗余開關功能，以取消選定有缺陷的光學/電路元件并用備用光學/電路元件替代之。示例的光學冗余開關應用如圖36所示，它示出了可以如何在片芯651中使用具有二維梁偏轉的MEMS光梁的開關對來給冗余電路660提供光學信號路徑，以替換信號路徑中的有缺陷的光學電路兀件657。如圖所不,片芯651包括一對被設置在一對光學電路657、660的相對側的MEMS光束波導652、662，從而可以通過將一個或多個偏轉偏置電壓施加于被設置在每個腔653、663周圍的偏轉電極654_655、664_665來使MEMS光束波導對652、662在其各自的腔653、663內偏轉。通過將適當?shù)钠D偏置電壓施加于偏轉電極654-655、664-665，MEMS光束波導652、662的開關的對可以在第一位置偏轉，以通過與第一光學電路657相關聯(lián)的第一光梁656、658傳遞去往或來自第一光學電路657的光學信號。如這里所描述的，MEMS光束波導652、662的對到第一位置的偏轉是由將偏轉偏置電壓施加于偏轉電極654L/654R和664L/664R所導致的電場引起的，其中該偏置電壓將波導652、662推或拉向左(或圖中“向上”)。
[0090]在光學電路657 (或,相關聯(lián)的第一光學波導656、658中的任一)被確定為是有缺陷的情況下，可以施加適當?shù)钠D偏置電壓到偏轉電極654L/654R和664L/664R，以將切換的MEMS光束波導652、662的對偏轉到第二位置(由虛線表示)，以通過與第二光學電路660相關聯(lián)的第二光學波導659、661傳遞去往和來自第二冗余光學電路660的光學信號。以這種方式，設置在開關的MEMS光束波導652、662的對上及其周圍的多個偏轉電極654-655、664-665可以用于取消選擇有缺陷的光學/電路元件657并用備用或冗余電路元件660替代它。
[0091]圖36提供了光學冗余開關功能的平面圖，其中光學電路657、660的對位于相同的平面中，并且MEMS光束波導652、662的開關的對在施加于偏轉電極654L/654R和664L/664R的偏轉偏置電壓的電場影響下使其懸臂梁邊對邊地切換(例如，左到右)。然而，應理解，代替地，光學電路657、660的對可以位于片芯651的不同的平面中，在這種情況下,MEMS光束波導652、662的切換對在施加于偏轉電極655、665的偏轉偏置電壓的電場影響下可以垂直地(例如，向上和向下)切換其懸臂梁。
[0092]為了提供用于實現(xiàn)光學冗余開關功能的所選實施例的附加細節(jié)，現(xiàn)在參照圖37，圖37示出了光學冗余電路670，其用于通過一對光學開關673、676 (例如，雙擲MEMS開關)路由光學信號而用光學冗余電路675替代有缺陷的光學電路674，其中光學開關673、676被與光學電路674和冗余電路675串聯(lián)地設置。雖然光學開關673、676可以被實現(xiàn)為具有二維光梁偏轉和反饋控制的MEMS光束波導，但是也可以使用任何期望的光學開關結構。不管怎樣實現(xiàn)，由光學冗余電路670提供的光學冗余開關功能可以通過如下來實現(xiàn):使用熔絲來可編程地控制MEMS光束波導652、662的開關對以取消選定有缺陷的光學電路657并用冗余光學電路660替代它。例如，一個或多個電熔絲電路671可以被編程，以生成用于控制梁板壓發(fā)生器672的梁偏轉控制信號。作為響應，梁板壓發(fā)生器672生成一個或多個偏置電壓并將其施加到光學開關673、676中的偏轉板(未示出)以控制其各自的切換行為，以在第一和第二開關配置之間切換。
[0093]在圖37所示的光學冗余電路670的第一或“正常”開關配置中，第一光學開關673接收偏置電壓，所述偏置電壓將開關673配置到第一開關位置(例如，通過切換開關673中的懸臂式光學MEMS梁波導)以用于將光學信號傳遞到用于第一光學電路674的光波導接收端口，例如調制器、接收器等等。此外，第二光學開關676接收偏置電壓，所述偏置電壓將開關676配置到第一開關位置以用于在第一光學電路674處從光學波導傳輸端口接收光學信號。如這里所描述的，光學開關673、676的第一開關配置可以是通過將偏置電壓施加到偏轉極板而生成的電場引起的，其中該偏轉電極如這里所描述地使MEMS光束波導偏轉。
[0094]也可以通過提供偏置電壓來將第一光學開關673配置到第二開關位置(例如，通過切換開關673中的懸臂式MEMS光束波導)以用于將光學信號傳遞到用于冗余光學電路675的光波導接收端口，例如調制器、接收器等等，來講光學冗余電路670配置在第二或“替代”開關配置。以類似的方式，第二光學開關676接收偏置電壓，所述偏置電壓將開關676配置到第二開關位置以用于在冗余光學電路675處從光學波導傳輸端口接收光學信號。在光學開關673、676的第二開關配置中，如這里所描述的，通過將偏置電壓施加到偏轉極板而生成的電場偏轉MEMS光束波導，從而使開關673、676切換替換冗余光學電路675。
[0095]所公開的光學冗余開關功能也可以用于其它實施例中，以提供對于有缺陷的MEMSI/o束偏轉器的片芯邊緣替代，或具有冗余MEMSI/0束偏轉器的對準器端口或對準器端口。當兩個MEMS光波導梁之間的光學鏈路被確定為是有缺陷的，或所述MEMS光波導梁中雙方或者一方可能是有缺陷的。不是提供測試來確定鏈路故障的確切性質，而是可以更成本有效地替代兩個MEMS光束波導。為了提供所選片芯邊緣替代實施例的示例詳細說明，現(xiàn)在參照圖38，圖38示出了兩個單獨片芯680、690，其具有各自的片芯邊緣681、682，其中各自的片芯邊緣681、682通過開口氣隙彼此分開。在每片芯680、690中，光學冗余電路682-686、692-696提供了片芯邊緣MEMS I/O束偏轉器，以供與一個或多個正常使用的片芯邊緣MEMSI/O束偏轉器使用以形成每個片芯的光學端口。以這種方式，如果正常使用的片芯邊緣MEMSI/O束偏轉器中一個是有缺陷的，可以通過光學開關684 (例如，雙擲MEMS開關)路由光學信號而用替代片芯邊緣MEMS I/O束偏轉器所替代。
[0096]例如,第一片芯680中的光學冗余電路682-686可以包括光學開關684,其被連接到一對束偏轉器685、686。在所選的實施例中，光學開關684和束偏轉器685、686可以基本被實現(xiàn)為如在此所描述的具有二維梁偏轉和反饋控制的MEMS光束波導。在檢測到束偏轉器中一個(例如，偏轉器685或偏轉器695)是有缺陷的時，光學開關684從第一位置切換到替代位置，以重新路由信號通信路徑以有效地取消選定有缺陷的束偏轉器，并替換替代片芯邊緣MEMS I/O束偏轉器(例如，686)。光學開關684 (以及束偏轉器685、686)的控制可以通過編程一個或多個電熔絲電路682以生成用于梁板壓發(fā)生器683的梁偏轉控制信號來進行控制，其中梁板壓發(fā)生器683給光學開關684 (以及束偏轉器685、686)中的偏轉極板(未不出)提供一個或多個偏置電壓控制開關行為。相應地，第二片芯690中的光學冗余電路692-696可以包括連接到一對束偏轉器695、696的光學開關694，束偏轉器695、696可以被實現(xiàn)為具有二維梁偏轉和反饋控制的MEMS光束波導。在檢測到其中一個MEMS束偏轉器(例如，偏轉器685或偏轉器695)有缺陷時，光學開關694從第一位置切換到替代位置以有效地取消選定有缺陷的束偏轉器并換入替代片芯邊緣MEMS I/O束偏轉器(例如,696)。再次地,光學開關694 (以及束偏轉器695、696)的控制可以通過編程一個或多個電熔絲電路692以生成用于梁板壓發(fā)生器693的梁偏轉控制信號而進行控制，其中梁板壓發(fā)生器693給偏轉極板(未不出)提供偏置電壓以控制光學開關694 (以及束偏轉器685、686)的切換行為。因為難以檢測一對中的哪個MEMS光束波導是有缺陷的，所以在一些實施例中，MEMS光束波導偏轉器被成對替代(例如，685、695或686、696)以使偏差最小化。
[0097]在其它替代的實施例中，所公開的光學冗余開關功能可以用于用每個片芯上的備用光學MEMS I/O束偏轉器或對準器端口提供片芯邊緣替代，以多個片芯邊緣光學MEMS I/O束偏轉器或對準器端口輪替有缺陷的光學MEMS I/O束偏轉器或對準器端口。為了提供這些替代的實施例的示例詳細說明，現(xiàn)在參照圖39，圖39示出了兩個單獨片芯700、720，其各自的片芯邊緣701、721通過開口氣隙彼此分開。在每個片芯700、720中，光學冗余電路702-710,722-730包括多個光學開關(例如，雙擲MEMS光束波導開關)和相關聯(lián)的多個正常使用的片芯邊緣MEMS I/O束偏轉器706-709、726-729，以形成每個片芯的光學端口。在正常操作模式中，每個片芯700、720上的所述多個正常使用的片芯邊緣MEMS I/O束偏轉器706-709、726-729被對準，以在其間發(fā)送和/或接收多個光學信號。此外，如果需要的話，在多個正常使用的片芯邊緣MEMS I/O束偏轉器的邊緣處，提供替代片芯邊緣MEMS I/O束偏轉器710、730，以用于形成每個片芯的光學端口。利用在適當位置的替代偏轉器710、730，如果正常使用的束偏轉器中的一個是有缺陷的，則所有光學開關(從有缺陷的束偏轉器到替代束偏轉器)被切換到替代位置，從而取消選定有缺陷的束偏轉器，并換用端口邊緣的替代束偏轉器。結果，在切換的操作模式期間，第一片芯700上的束偏轉器706、708-710以及第二片芯720上的束偏轉器726、728-729被配置和對準，以在其間發(fā)送和/或接收多個光學信號711、712。
[0098]例如，第一片芯710中的光學冗余電路702-710可以包括多個光學開關702-705(其每一個被連接到束偏轉器706-710的對，所述束偏轉器706-710包括多個正常使用的束偏轉器706-709和替代束偏轉器710。在所描繪的連接配置中，每一個光學開關(例如，703)在“正?！钡呐渲弥斜贿B接到第一束偏轉器(例如，707)，并且在“切換”配置被連接到第二束偏轉器(例如，708),其可以與第一束偏轉器相鄰。在所選的實施例中,光學開關702-705和束偏轉器706-710可以被實現(xiàn)為基本如這里所描述的具有二維束偏轉和反饋控制的MEMS光束波導。相應地，第二片芯720中的光學冗余電路722-730可以包括多個光學開關722-725，其每一個被連接到束偏轉器726-730的對，束偏轉器726-730包括多個正常使用的束偏轉器726-729和替代束偏轉器730。如圖所示，每一個光學開關(例如，723)在“正?！迸渲弥斜贿B接到第一束偏轉器(例如，727)，并且在“切換”配置中被連接到第二束偏轉器(例如，728),其可以與第一束偏轉器相鄰。在檢測到其中一個束偏轉器(例如，偏轉器707)是有缺陷的(如由左到右的交叉影線所指示的)時，第一片芯700中的相關聯(lián)的光學開關(例如，703)和所有“下游”光學開關(例如，704-705)從第一位置切換到替代位置，以重新路由信號通信路徑，從而有效地取消選定有缺陷的束偏轉器707，并依次替用相鄰的束偏轉器708-710。也進行第二片芯720中的開關的相應重配置，以將相應光學開關(例如，723)和所有“下游”光學開關(例如，724-725)從第一位置切換到替代位置，以重新路由信號通信路徑，從而有效地取消選定與有缺陷的束偏轉器707對應的束偏轉器727，并依次替用相鄰的束偏轉器728-730。結果，在切換模式中，備用束偏轉器710、730 (如由左到右的交叉影線所指示的)被使用。第二片芯720中的開關的相應重配置可以使用任何期望的技術來實現(xiàn)，例如，使用有缺陷的束偏轉器707給任何開關(以及第二片芯720中的任何下游開關)發(fā)送一個或多個控制信號(未示出)，以提供改變的端口引腳位置的通知。雖然未示出，但是可以通過在編程的熔絲電路(未示出)的控制下給束偏轉器以及光學開關中的偏轉極板提供偏置電壓，來控制光學開關702-705、722-725(以及束偏轉器706-710、726-730)的控制，以控制切換行為。
[0099]現(xiàn)在轉到圖40，圖40示出了根據(jù)本公開的選擇的實施例的用于制造和使用多個片芯堆疊的處理過程800的簡化流程圖，其中該片芯堆疊以光學通信連接以形成系統(tǒng)。如將理解的，工藝流程800中的各單獨步驟可以由單一實體或多個不同實體來執(zhí)行。一旦方法開始(步驟801)，與系統(tǒng)板相關地組裝、定向以及對準多個片芯堆疊(步驟802)。在片芯堆疊中，每一個片芯可以包括用于在堆疊片芯之間垂直通信的垂直的貫穿硅的通孔(TSV)。此外，每一個片芯可以包括用于通過該片芯傳輸光學信號的光學饋通(例如，硅或氧化波導)。最后，每一個片芯還包括基本如這里所述的具有二維梁偏轉和反饋控制的可偏轉MEMS波導梁。在至少底部片芯的底部，形成倒裝芯片凸塊或其它適當?shù)膶w元件，以建立片芯堆疊和系統(tǒng)板之間的垂直的信號和電源導體連接。
[0100]在步驟803，所述多個對準的片芯堆疊被附連到系統(tǒng)板。雖然可以使用任何期望的附連機制，但也可以通過定位和回流焊料球或倒裝芯片陣列以將片芯堆疊連接到系統(tǒng)板來實現(xiàn)所述附連。一旦附連，片芯堆疊形成一個或多個子系統(tǒng)，它們按照指定的片芯堆疊間距要求彼此分離開，單獨地或與用以與其它片芯堆疊(例如，處理器片芯堆疊)相關地抬升所選的片芯堆疊(例如，存儲器片芯堆疊)的對準間隔物結合地。此外，可以放置和附連散熱器和/或熱沉結構以散逸來自所述多個附連的片芯堆疊的熱量。
[0101]在步驟804，在相鄰的片芯堆疊之間建立直接光學通信鏈路。如這里所描述的，可以通過將一個或多個偏轉電壓施加到被設置在每一個可偏轉MEMS光束波導周圍的多個偏轉電極，來建立直接光學通信鏈路。對于給定的光學信號，電極和波導之間所產生的電場將使MEMS光束波導偏轉成彼此對準。
[0102]在步驟805，可以通過使用受控的反饋信號，隨著時間更新用于所述多個偏轉電極的偏轉電壓，以在相關聯(lián)的可偏轉MEMS波導梁之間維持對準。雖然受控的反饋信號可以利用任何期望的機制生成，但是在所選的實施例中，可以通過跟蹤在相關聯(lián)的可偏轉MEMS波導梁之間交換的光學信號的質量或信號強度來生成反饋信號。如果檢測到的信號質量或強度高于或低于指定的觸發(fā)值或閾值，則可以通過使用掃描模式(sweeping pattern)來調節(jié)偏轉電壓，以調節(jié)可偏轉MEMS波導梁的對準，以改善檢測的信號質量或強度。
[0103]一旦對準，則在步驟806，使用光學饋通和可偏轉MEMS波導梁來在相鄰片芯堆疊之間和通過相鄰片芯堆疊傳遞光學信號信息。在這一點，受控的反饋可以被提供回到步驟805，以更新偏轉電壓，以用于連續(xù)地調整可偏轉MEMS波導梁的二維對準。在步驟807，所述處理過程結束。
[0104]至此應理解，這里提供了一種包括具有二維偏轉控制的MEMS光束波導的集成電路裝置，以及相關的操作和制造方法。在所公開的集成電路裝置中，一個或多個可偏轉MEMS光束波導形成于集成電路中，例如，通過形成被波導梁結構包封以延伸到偏轉腔中的光學梁結構。正如所形成的，每一個可偏轉MEMS光束波導被相對于所述可偏轉MEMS光束波導設置的多個偏轉電極(例如，位于所述偏轉腔的壁上)圍繞，以響應于一個或多個偏轉電壓的施加提供每一個可偏轉MEMS光束波導的二維偏轉控制。在所選的實施例中，圍繞可偏轉MEMS光束波導的偏轉電極包括被橫向設置在所述可偏轉MEMS光束波導的一側的至少兩個橫向偏轉電極，其中每一個橫向偏轉電極可以連接到單獨的偏轉電壓以提供單獨的橫向偏轉力。此外，或在替代方案中，圍繞可偏轉MEMS光束波導的偏轉電極可以包括被設置在所述可偏轉MEMS光束波導上方的第一和第二垂直偏轉電極,其中每一個垂直偏轉電極可以連接到單獨的偏轉電壓以提供單獨的垂直偏轉力。在其它實施例中，所述偏轉電極可以包括:一個或多個橫向偏轉電極，其被橫向地設置到所述可偏轉MEMS光束波導的一側；以及，一個或多個垂直偏轉電極，其設置在所述可偏轉MEMS光束波導上方；其中每一個橫向和垂直偏轉電極可以連接到單獨的偏轉電壓以提供單獨的橫向或垂直偏轉力。在其它實施例中，所述偏轉電極可以包括第一、第二、第三和第四偏轉電極，其分別被設置在所述可偏轉MEMS光束波導的上方、橫向地設置到所述可偏轉MEMS光束波導的一側、設置在所述可偏轉MEMS光束波導的下面，以及橫向地設置到所述可偏轉MEMS光束波導的另一側，其中每一個偏轉電極可以連接到單獨的偏轉電壓以在所述可偏轉MEMS光束波導上提供單獨的偏轉力。在所選的實施例中，每一個可偏轉MEMS光束波導可以是利用氧化硅形成的懸臂光學梁結構，其被利用硅形成的波導梁結構包封，以限制從所述懸臂式光學梁結構的光的散逸(dispers1n)。此外，可以在所述可偏轉MEMS光束波導上形成多個頂電極和側電極，其中在所述可偏轉MEMS光束波導中形成多個導電層以提供每一個可偏轉MEMS光束波導的二維偏轉控制。在其它實施例中，每一個可偏轉MEMS光束波導可以是利用娃形成的懸臂式光學梁結構，其被利用氧化物形成的波導梁結構包封以限制來自所述懸臂式光梁結構的光的散逸。在任何情況下，所述可偏轉MEMS光束波導可以延伸到所述集成電路的片芯邊緣側表面。所述偏轉腔的壁上的偏轉電極可以包括其上形成有一個或多個硅化物層的多個偏轉電極。在所述集成電路裝置中，可以形成光學電路，其包括激光發(fā)射器，所述激光發(fā)射器生成激光束，所述激光束被用信號信息調制，以生成光學信號信息，所述光學信號信息在光束波導上傳輸?shù)狡具吘壧幍目善DMEMS光束波導的。
[0105]在另一種形式中，提供了一種半導體裝置和相關的制造工藝。在所公開的工藝中，對在襯底層之上形成有光梁層和一個或多個第一波導層的晶片施加初始處理。在所選的實施例中，所述初始晶片處理可以通過提供如下的晶片開始:所述晶片具有形成在所述襯底層之上的氮化物層、形成于所述氮化物層上的第一氧化物波導層、形成于所述第一氧化物波導層上的硅光梁層，以及形成于所述硅光梁層上的第二氧化物波導層。隨后，初始晶片處理可以在所述第二氧化物波導層和硅光梁層中選擇性地蝕刻凹陷的開口，以限定光梁以及所述光梁每一側上的圍繞的多個偏轉電極結構，隨后，在所述凹陷的開口中形成平坦化的氧化物層以用一個或多個氧化物波導層圍繞所述光梁。在其它實施例中，初始晶片處理可以通過提供如下的晶片開始，所述晶片包括:形成于襯底層上的氮化物層、形成于所述氮化物層上的第一硅波導層、以及形成于所述第一硅波導層上的氧化物層。隨后，初始晶片處理可以選擇性地蝕刻所述氧化物層和第一硅波導層，以在所述第一硅光梁層中限定光梁開口。在氧化物層和第一硅波導層的選擇性晶片蝕刻之后，在所述光梁開口中形成平坦化的氧化物層，以限定所述第一硅波導層中的光梁結構，其隨后被覆蓋。隨后，可以用第二硅波導層覆蓋所述光梁結構和第一波導層。在初始晶片處理之后，晶片被選擇性地蝕刻以形成至少第一蝕刻開口，其限定MEMS光束波導和在所述MEMS光束波導的每一側的多個偏轉電極，所述多個偏轉電極彼此間隔開并且與所述MEMS光束波導間隔開。所述選擇性晶片蝕刻可以通過如下來實現(xiàn):在晶片之上形成電介質層以至少覆蓋所述光梁層；在所述電介質層之上形成圖案化的光致抗蝕劑層以暴露部分的所述電介質層；以及，利用所述圖案化的光致抗蝕劑層作為蝕刻掩膜來選擇性地蝕刻所述電介質層的暴露部分，以在所述光梁層中形成至少所述第一蝕刻開口，從而限定位于所述MEMS光束波導的每一側上以及位于所述偏轉腔的壁上的所述多個偏轉電極結構。在選擇性晶片蝕刻以形成第一蝕刻開口(一個或多個)之后，形成犧牲層以填充所述第一蝕刻開口，并至少覆蓋所述MEMS光束波導到預定厚度或最小厚度。在所述犧牲層上，至少在所述MEMS光束波導之上選擇性地形成一個或多個頂偏轉電極結構，例如，通過沉積、圖案化和蝕刻形成于所述一個或多個氮化物層上的導電層。在形成頂偏轉電極結構(一個或多個)之后，移除所述犧牲層(例如，利用氮化物蝕亥IJ工藝)，以形成圍繞所述MEMS光束波導的偏轉腔，從而限定懸臂式光梁結構，其中設置有(例如，在所述偏轉腔的壁上)所述多個偏轉電極結構以及一個或多個頂偏轉電極結構以響應于一個或多個偏轉電壓的施加提供所述懸臂式光梁結構的二維偏轉控制。此外，可以在至少所述多個偏轉電極結構和一個或多個頂偏轉電極結構上形成一個或多個硅化物層。
[0106]在另一種形式中，本發(fā)明提供了一種使用可偏轉集成電路MEMS光束波導的方法。在所公開的方法中，將多個偏轉電壓提供給相應的多個偏轉電極，以響應于所述多個偏轉電壓的施加提供所述可偏轉集成電路MEMS光束波導的二維偏轉控制。例如，可以將一個或多個第一偏轉電壓提供給設置在所述可偏轉集成電路MEMS光束波導的第一側上的所述偏轉腔的壁上的相應偏轉電極(一個或多個)。此外，可以將一個或多個第二偏轉電壓提供給設置在所述可偏轉集成電路MEMS光束波導的相對的第二側上的所述偏轉腔的壁上的相應偏轉電極(一個或多個)。此外，可以將一個或多個第三偏轉電壓提供給設置在所述可偏轉集成電路MEMS光束波導上方的所述偏轉腔的壁上的相應的第三偏轉電極(一個或多個)，從而響應于所述多個偏轉電壓的施加提供所述可偏轉集成電路MEMS光束波導的二維偏轉控制。
[0107]雖然這里公開描述的示例實施例針對具有集成的光學通信的多種高密度、低功耗、高性能信息系統(tǒng)及其制造方法，其使用可偏轉MEMS光束波導，所述可偏轉MEMS光束波導具有二維對準和受控的反饋以調整束對準，但本發(fā)明并不限于這些示例性實施例，其示出了本發(fā)明的創(chuàng)造性的方面，這些方面可以應用于廣泛的多種制造工藝和/或結構。因此，上面所公開的特定實施例只是說明性的，而不應被認為是對本發(fā)明的限制，因為可以以對于受益于本發(fā)明的教導的技術人員來說顯而易見的、不同但等同的方式，來修改或實踐本發(fā)明。例如，雖然被利用用以實現(xiàn)多種處理器和存儲器片芯堆疊實施例的示例的半導體工藝細節(jié)描述了可偏轉MEMS光束波導特征，但這僅僅是為了便于說明，而非旨在進行限制，并且本領域技術人員將理解，在此所教之原則適用于其它半導體工藝步驟和/或不同類型的集成電路裝置。因此，本領域技術人員將理解，對處理器片芯的各種引述意指任何處理器、微處理器、微控制器、數(shù)字信號處理器、音頻處理器或其它定義的邏輯電路，及其任何組合。同樣，本領域技術人員將理解，對存儲器片芯的各種引述意指任何存儲器片芯，例如，DRAM、閃存、SRAM、MRAM或其它定義的存儲器電路，及其任何組合，并且還可以指存儲控制器。此外，所描述的層的厚度、材料以及工藝細節(jié)可以偏離所公開的例子。此外，說明書和權利要求書中使用的相對位置的術語(如果有的話)在適當情況下是可以互換的，從而這里所描述的發(fā)明的實施例例如能夠在與這里所示出或以其他方式說明的取向不同的其它取向進行操作。這里所使用的術語“耦接”被限定為以電或非電的方式直接或間接地連接。因此，前面的描述并不意圖將本發(fā)明限制到所提出的具體形式，相反，意圖涵蓋那些可以被包含在如所附權利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內的替代、修改以及等同，從而本領域技術人員應當理解，可以做出多種修改、替代和改變而不脫離本發(fā)明的在其最寬泛的形式下的精神及范圍。
[0108]上面已經就具體實施例描述了的益處、其它優(yōu)點以及問題的解決方案。然而，這些益處、優(yōu)點、問題的解決方案，以及可以導致任何益處、優(yōu)點或解決方案發(fā)生或變得更加顯著的任何因素(一個或多個)，不應被解釋為任何或所有權利要求的關鍵的、必需的、或本質性的特征或元素。如在此所使用的，術語“包括”、“包含”或其任何變形旨在涵蓋非排他性的包含，從而包括一列元素的處理過程、方法、產品、或裝置并不是僅僅包括這些元素，而是可以包括其它沒有明確列出的或是該處理過程、方法、產品、或裝置所固有的元素。
【權利要求】
1.一種裝置，包括: 可偏轉MEMS光束波導，其形成于集成電路中；以及 多個偏轉電極，其與所述可偏轉MEMS光束波導相關地設置，以響應于一個或多個偏轉電壓的施加提供對于所述可偏轉MEMS光束波導的二維偏轉控制。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述多個偏轉電極包括至少兩個橫向偏轉電極，其被橫向地設置到所述可偏轉MEMS光束波導的一側,其中所述至少兩個橫向偏轉電極中每一個能夠連接到單獨的偏轉電壓以提供單獨的橫向偏轉力。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述多個偏轉電極包括被設置在所述可偏轉MEMS光束波導上方的第一垂直偏轉電極和第二垂直偏轉電極，其中所述第一垂直偏轉電極和第二垂直偏轉電極每一個能夠連接到單獨的偏轉電壓以提供單獨的垂直偏轉力。
4.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述多個偏轉電極包括: 第一橫向偏轉電極，被橫向設置到所述可偏轉MEMS光束波導的一側，其中所述第一橫向偏轉電極能夠連接到第一偏轉電壓以提供橫向偏轉力；以及 第一垂直偏轉電極，被設置在所述可偏轉MEMS光束波導上方,其中所述第一垂直偏轉電極能夠連接到第二偏轉電壓以提供垂直偏轉力。
5.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述多個偏轉電極包括: 第一橫向偏轉電極，被橫向設置到所述可偏轉MEMS光束波導的第一側； 第二橫向偏轉電極，被橫向設置到所述可偏轉MEMS光束波導的相對的第二側； 第一垂直偏轉電極，被設置在所述可偏轉MEMS光束波導上方；以及 第二垂直偏轉電極，被設置在所述可偏轉MEMS光束波導下方， 其中所述第一橫向偏轉電極、第二橫向偏轉電極、第一垂直偏轉電極、第二垂直偏轉電極每一個能夠連接到單獨的偏轉電壓以對所述可偏轉MEMS光束波導提供單獨的偏轉力。
6.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述可偏轉MEMS光束波導包括包含硅的懸臂式光梁結構，其被包含氧化物的波導梁結構包封，以限制光從所述懸臂式光梁結構散逸。
7.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述多個偏轉電極包括多個偏轉電極，其每一個包括娃化物層。
8.根據(jù)權利要求1所述的裝置，還包括:形成于所述可偏轉MEMS光束波導上的多個頂電極和側電極，其中在所述可偏轉MEMS光束波導中形成有多個導電層，以提供所述可偏轉MEMS光束波導的二維偏轉控制。
9.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中每一個可偏轉MEMS光束波導包括包含二氧化硅懸臂式光梁結構，其被包含硅的波導梁結構包封，以限制光從所述懸臂式光梁結構散逸。
10.根據(jù)權利要求1所述的裝置，還包括光電路，其中，激光發(fā)射器生成用信號信息調制的激光束以生成光學信號信息，所述光學信號信息在光束波導上傳輸?shù)教幱谄具吘壧幍乃隹善DMEMS光束波導。
11.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述可偏轉MEMS光束波導形成有被波導梁結構包封的懸臂式光梁結構，以延伸到形成于所述集成電路中的偏轉腔中，其中所述多個偏轉電極被設置在所述偏轉腔的壁上。
12.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述可偏轉MEMS光束波導延伸到所述集成電路的片芯邊緣側表面。
13.一種半導體制造工藝，包括: 處理晶片，所述晶片包括形成于襯底層之上的光梁層和一個或多個第一波導層；選擇性地蝕刻所述晶片以至少形成第一蝕刻開口，其限定MEMS光束波導和在所述MEMS光束波導的每一側上的多個偏轉電極，所述多個偏轉電極彼此間隔開并且與所述MEMS光束波導間隔開； 形成犧牲層以填充所述第一蝕刻開口并至少覆蓋所述MEMS光束波導到預定厚度；在所述犧牲層上和至少所述MEMS光束波導之之上選擇性地形成一個或多個頂偏轉電極結構；以及 移除所述犧牲層以形成圍繞所述MEMS光束波導的偏轉腔，從而限定懸臂式光梁結構，其設置有所述多個偏轉電極結構和一個或多個頂偏轉電極結構，以響應于一個或多個偏轉電壓的施加提供所述懸臂式光梁結構的二維偏轉控制。
14.根據(jù)權利要求13所述的半導體制造工藝，其中處理所述晶片包括: 提供晶片，該晶片包括形成于所述襯底層之上的氮化物層、形成于所述氮化物層上的第一氧化物波導層、形成于所述第一波導層上的硅光梁層、以及形成于所述硅光梁層上的第二氧化物波導層； 在所述第二氧化物波導層和硅光梁層中選擇性地蝕刻凹陷的開口，以限定光梁以及位于所述光梁的每一側上的圍繞的多個偏轉電極結構；以及 在所述凹陷的開口中形成平坦化的氧化物層以用一個或多個氧化物波導層圍繞所述光梁。
15.根據(jù)權利要求13所述的半導體制造工藝，其中處理所述晶片包括: 提供晶片，該晶片包括形成于所述襯底層之上的氮化物層、形成于所述氮化物層上的第一硅波導層、形成于所述第一硅波導層上的氧化物層； 選擇性地蝕刻所述氧化物層和第一硅波導層以在所述第一硅波導層中限定光梁開Π ； 在所述光梁開口中形成平坦化的氧化物層，以在所述第一硅波導層中限定光梁結構；以及 用第二硅波導層覆蓋所述光梁結構和第一硅波導層。
16.根據(jù)權利要求13所述的半導體制造工藝，其中選擇性地蝕刻所述晶片包括: 在所述晶片之上形成電介質層以覆蓋至少所述光梁層； 在所述電介質層之上形成圖案化的光致抗蝕劑層，以暴露部分的所述電介質層；以及利用所述圖案化的光致抗蝕劑層用作蝕刻掩膜來選擇性地蝕刻所述電介質層的暴露部分，以在所述光梁層中至少形成所述第一蝕刻開口，從而限定位于所述MEMS光束波導的每一側之上并設置在所述偏轉腔的壁上的所述多個偏轉電極結構。
17.根據(jù)權利要求13所述的半導體制造工藝，其中移除所述犧牲層以形成圍繞所述MEMS光束波導的偏轉腔限定了所述懸臂式光梁結構，其中所述多個偏轉電極結構和一個或多個頂偏轉電極結構被設置在所述偏轉腔的壁上，以響應于一個或多個偏轉電壓的施加提供所述懸臂式光梁結構的二維偏轉控制。
18.根據(jù)權利要求13所述的半導體制造工藝，還包括: 在至少所述多個偏轉電極結構和一個或多個頂偏轉電極結構上形成一個或多個硅化物層。
19.根據(jù)權利要求13所述的半導體制造工藝，其中處理所述晶片包括:將所述光梁層形成為如下的懸臂式光梁結構以限制光從所述懸臂式光梁結構散逸，該懸臂式光梁結構利用硅形成并且被一個或多個利用氧化物形成的第一波導層圍繞。
20.根據(jù)權利要求13所述的半導體制造工藝，其中處理所述晶片包括:將所述光梁層形成為如下的懸臂式光梁結構以限制光從所述懸臂式光梁結構散逸，所述懸臂式光梁結構利用氧化物形成并且被一個或多個利用硅形成的第一波導層圍繞。
21.一種使用可偏轉集成電路MEMS光束波導的方法，包括: 給相應的多個偏轉電極提供多個偏轉電壓，以響應于所述多個偏轉電壓的施加提供所述可偏轉集成電路MEMS光束波導的二維偏轉控制。
22.根據(jù)權利要求21所述的方法，其中提供所述多個偏轉電壓包括: 給相應的第一多個偏轉電極提供第一多個偏轉電壓，所述相應的第一多個偏轉電極設置在偏轉腔的、在所述可偏轉集成電路MEMS光束波導的第一側上的壁上； 給相應的第二多個偏轉電極提供第二多個偏轉電壓，所述相應的第二多個偏轉電極設置在所述偏轉腔的、在所述可偏轉集成電路MEMS光束波導的相對的第二側上的壁上； 給相應的第三多個偏轉電極提供第三多個偏轉電壓，從而響應于所述多個偏轉電壓的施加提供所述可偏轉集成電路MEMS光束波導的二維偏轉控制，所述相應的第三多個偏轉電極設置在所述偏轉腔的、在所述可偏轉集成電路MEMS光束波導上方的壁上。
23.根據(jù)權利要求21所述的方法，其中提供所述多個偏轉電壓包括: 給第一偏轉電極提供第一偏轉電壓，所述第一偏轉電極設置在偏轉腔的、在所述可偏轉集成電路MEMS光束波導的第一側上的壁上；以及 給第二偏轉電極提供第二偏轉電壓，從而響應于所述第一和第二偏轉電壓的施加提供所述可偏轉集成電路MEMS光束波導的二維偏轉控制，所述第二偏轉電極設置在所述偏轉腔的、在所述可偏轉集成電路MEMS光束波導上方的壁上。
【文檔編號】B81B7/02GK104229722SQ201410252898
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月9日 優(yōu)先權日:2013年6月10日
【發(fā)明者】T·A·斯蒂芬, P·H·派雷, M·B·邁克沙尼 申請人:飛思卡爾半導體公司