[发明专利]具有光学耦合层的集成电路器件

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路器件的不同层之间的耦合信号。

背景技术

集成电路器件在从计算机和机器人装置到家用电器和汽车控制系统的广泛种类产品中已经成为重要的部件。随着集成电路器件在物理尺寸和功耗上继续减小，其变得更有用和更快速，因此新应用不断被发现。如在这里使用的，集成电路器件广泛地是指，具有一个或多个实现至少一个电学和/或光学功能的集成电路芯片的装置，并且包括单芯片和多芯片装置。在多芯片装置中，每个集成电路芯片通常是从衬底中独立制造或由衬底“组成”的，并且所获得的芯片结合在一起或另外耦合入公共物理配置中。

集成电路技术继续朝着将电路尺寸减小到越来越小尺寸的方向前进，这样整个本地电路(比如，存储单元，移位寄存器，加法器等)可以减小到在线性尺寸上几百纳米的量级，并且最终甚至减小到几十纳米或更小。在这样的物理等级和考虑到不断增加的时钟频率，在集成电路器件的不同部分之间可实现的数据传输率受到限制，通过只有几百或几千微米长的电互连线，本地电路与“远”电路的通信变得困难。

为了解决这些问题，已经提出建议，将集成电路器件中的不同电路光学互连。比如，在共同转让的U.S.2005/0078902A1中，描述了通过使用光信号在多个器件之间传输数据来避免高电容电互连的光互连系统。

作为这种光互连方案的一部分，通常需要在不同集成电路层上的平面型波导之间进行光学耦合。在可应用到芯片间耦合的最简单的方案中，两块芯片肩并肩配置，这样在第一芯片上的第一波导的边缘面和第二芯片上的第二波导的边缘面直接相邻。在另一方案中，使用光纤以在不同芯片的两个边缘面之间传送光学信号。在又一个方案中，使用光纤以在第一芯片上的面发射源和第二芯片上的探测器之间进行耦合，如果需要的话，每个芯片具有电光(E-O)和光电(O-E)转换器。然而，这些方案中出现了问题，限制了它们操作上的可伸缩性(比如，芯片之间可实现的光学互连数目)和/或可实现的器件紧密度的量。

已经提出了垂直光学耦合方案，其中光信号在垂直布置的芯片的对面层之间输送，所述垂直布置提供了较小的基底面，且还包含对面芯片之间的较大数量的光互连。方案包括，使用成角度的反射结构和/或光栅结构，促使垂直投影通过一层上的光学孔径，和相应的垂直收集进入另一层的光学孔径中。

然而，出现了与不同光学孔径对之间的一个或多个光学耦合效率和光串扰相关的问题，特别是当对面层之间的垂直间隔增大时。与对面的电元件之间电串扰、垂直光学耦合子系统的侧面面积需要、在对面表面上垂直表面特征的调节、器件复杂性、对准问题、和制造成本的一个或多个相关的其它问题也出现了。同样出现了在阅读本公开的基础上对本领域技术人员来说很明显的问题。以克服这些一个或多个问题的方式，提供用于在集成电路器件的不同层之间进行光学耦合是人们所需要的，无论这些层是全光的还是电光的。

发明内容

在一个实施例中，在包括集成电路层的垂直布置的集成电路器件中，提供了一种在其第一集成电路层和第二集成电路层之间耦合光信号的方法。光信号在第一集成电路层内的光子晶体缺陷波导和光子晶体缺陷腔之间瞬间耦合，和在第二集成电路层上光子晶体缺陷腔和光学孔径之间投影式(projectably)耦合。

还提供一种集成电路器件，包括具有光学孔径的第一集成电路层和具有光子晶体缺陷波导和光子晶体缺陷腔的第二集成电路层。沿光子晶体缺陷波导传播的光信号在光子晶体缺陷波导和光子晶体缺陷腔之间瞬间耦合，并在光子晶体缺陷腔和光学孔径之间投影式耦合。

还提供一种设备，包括具有光学孔径的第一集成电路层和具有光子晶体缺陷波导和光子晶体缺陷腔的第二集成电路层。该设备进一步包括在所述光子晶体缺陷波导和所述光子晶体缺陷腔之间，瞬间耦合沿所述光子晶体缺陷波导传播的光信号的装置；和在所述光子晶体缺陷腔和所述光学孔径之间投影式耦合该光信号的装置。

附图说明

图1示出了根据实施例的集成电路器件的透视图；

图2示出了根据实施例的集成电路器件的侧截面视图；

图3示出了根据实施例的集成电路器件的透视图。

具体实施方式