Brevet FR2824920A1 — publié le 20021122

(12) perpendiculairement à la gaine (3; 4). STRUCTURE OPTIQUE INTÉGRÉE À PARTIES CONDUCTRICES DE L ÉLECTRICITÉ La présente invention concerne le domaine des structures optiques intogrces. D'une manière générale, une structure optique intogrce comprend une multiplicité de parties en matériaux diélectriques, empilées selon des niveaux d'intogration et définissant des micro guides optiques intogrés pour la transmission, la transformation ou le traitement d'ondes lumineuses. Certaines structures optiques intogrces présentent en outre des zones superficielles métalliques qui sont relices par des fils métalliques constituant des ponts filaires à une source électrique de commande ou d'alimentation. C'est le cas en particulier des structures optiques intogrées qui comprennent des actionneurs composés de peignes s'étendant dans une cavité et présentant des dents s'étendant le long et à distance de surfaces fixes, lesdites zones métalliques se prolongeant sur les faces latérales des dents et sur les surfaces fixes de façon à constituer des électrodes de déplacement des peignes. De telles dispositions présentent principalement les inconvénients suivants: Les opérations de montage des fils de connexion électrique sont longues, fastidieuses et doivent être réalisces avec précision. Ces fils de connexion électrique sont en saillie par rapport à la surface des structures optiques et risquent de se toucher. La présente invention a pour but de perfectionner les structures optiques intogrces de façon à faciliter et améliorer les connexions électriques de parties fonctionnelles de telles structures nocessitant une alimentation en énergie électrique. La structure optique intogrce selon l' invention comprend une multiplicité de parties en au moins un matériau diélectrique, empilées 1 selon des niveaux d' intogration et définissant au moins un micro - guide optique. Selon l'invention, cette structure comprend en outre au moins une partie intégrce en un matériau conducteur de l'électricité, interposce ou insérce entre au moins deux desdites parties diélectriques et au moins une partie de connnexion en un matériau conducteur de l'électricité, accessible extérieurement auxdites parties diélectriques en vue d'au moins une connexion électrique extérieure de ladite partie intogrce conductrice. Selon l'invention, ladite partie intogrce conductrice comprend de préférence au moins une partie principale s'étendant selon un niveau d' intogration et, sur au mo ins un endro it de cette partie principale, une partie secondaire s'étendant perpendiculairement aux plans d'intogration et traversant au moins une partie diélectrique adjacente à cet endroit. Selon l'invention, ladite partie secondaire peut avantageusement constituer une partie de connexion. extérieure. Selon une variante de l' invention, la structure comprend au moins deux parties intogrces conductrices comprenant des parties principales s'étendant selon des niveaux d'intogration différents. Selon l'invention, lesdites parties intogrces conductrices peuvent avantageusement comprendre des parties principales qui se croisent en un endroit et au moins une partie secondaire s'étendant perpendiculairement aux plans d'intogration et traversant la ou les parties diélectriques séparant lesdites parties principales à cet endroit de façon à relier ces dernières. Selon une exécution de l'invention, la structure comprend au moins deux groupes de zones conductrices de l'électricité, réalisces selon au moins un nive au supérieur d' intogration et au mo ins deux parties intogrc es conductrices comprenant respectivement au mo ins une partie principale s'étendant selon au moins un niveau d'intogration et des parties secondaires reliant respectivement leurs parties principales et les zones métalliques desdites groupes. 1 S elon l' invention, au moins l'une desdites zones conductrices supérieures peut avantageusement comprendre au moins une partie constituant une électrode. Selon l'invention, ladite partie intogrce conductrice peut avantageusement comprendre au moins une partie principale intogrce constituant une résistance électrique s'étendant le long et dans le voisinage d'une partie d'un micro-guide intogré et des parties secondaires accessibles extérieurement en vue d'une connexion électrique extérieure de cette partie principale. Selon l'invention, ladite résistance électrique pourrait être une résistance électrique de chauffage. Selon l'invention, ladite résistance électrique pourrait être une résistance électrique de mesure de température. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de structures optiques intogrces décrites à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par le dessin sur lequel: - les figures 1 à 6 représentent, en coupe, une structure optique intogrce selon la présente invention, dans ses étapes successives de fabrication; - la figure 7 représente une vue de dessus d'une autre structure optique intogrée selon la présente invention; - la figure 8 représente une coupe transversale selon VIII VIII de la structure optique intégrce de la figure 7; - la figure 9 représente une coupe transversale selon IX-IX de la structure optique intogrée de la figure 7; - la figure 10 représente une coupe transversale selon X-X de la structure optique intogrce de la figure 7; - la figure 11 représente une coupe transversale d'une autre structure optique intogrce selon la présente invention; - la figure 12 représente une coupe horizontale selon XII-XII de la structure optique intogrée de la figure 11; - et la figure 13 représente, en coupe, une variante de réalisation de la structure optique intogrce des figures 1 à 6. 1 En se reportant à la figure 1, on voit qu'on a représenté une structure optique intogrce 1 en cours de fabrication, qui comprend une plaquette support 2, par exemple en silicium, sur une face de laquelle est déposce une couche 3 en un matériau diélectrique ou non conducteur de l'électricité, par exemple en silice non dopée. On procède alors au dépôt d'une couche 4 en un matériau conducteur de l'électricité, par exemple en silicium polycristallin, en titane, en nitrure de titane ou en tungstène. Puis, par un procédé de photo-lithographie et de gravure, on réalise, en fonction de besoins prédéterminés, une ou plusieurs pistes ou zones conductrices 5 en enlevant le matériau de la couche extérieurement à ces zones 5. En se reportant à la figure 2, on voit qu'on procède ensuite au dépôt d'une couche 6 en un matériau diélectrique ou non conducteur de l'électricité, par exemple en silice dopée, en nitrure de 1S silicium ou en oxynitrure de silicium. La couche 6 est telle que les pistes ou zones conductrices 5 réalisces précédemment sont recouvertes. Après une éventuelle planarisation de la surface de la couche 6, on procède au dépôt d'une couche 7 en un matériau conducteur de l'électricité, par exemple en silicium polycristallin, en titane, en nitrure de titane ou en tungstène. Par un procédé de photo-lithographie et gravure, on procède à la réalisation d'une ou plusieurs pistes ou zones conductrices 8 par enlèvement du matériau de la couche 7 extérieurement à ces zones 8. En se reportant à la figure 3, on peut voir qu'ensuite, par un procédé de photo-lithographie et gravure, on réalise dans la couche diélectrique 6 un coeur de transmission d'onde optique 9a de section carrée ou rectangulaire, par enlèvement de la matière de cette couche 6 de part et d'autre de ce coeur, cette opération étant réalisce de telle sorte que le coeur de transmission 9a présente un dessin ou un parcours prédéterminé Bien entendu, lors de la conception de la structure optique 1, on s'arrange de préférence pour que les pistes ou zones conductrices 5 et {3 soient situces latéralement et à distance du coeur de transmission 9a à obtenir. 1 En se reportant à la figure 4, on voit qu'ensuite on procède au dépôt d'une couche 10 en un matériau diélectrique ou non conducteur de l'électricité, par exemple en silice non dopée. Cette couche 10 remplit les espaces dogagés de part et d'autre du coeur de transmission 9a réalisé dans la couche 6 et recouvre les zones ou pistes conductrices 8. Il en résulte que le coeur de transmission 9a et les couches 3 et 10 l'environnant déterminent un microguide optique intogré 9. En se reportant à la figure 5, on voit qu'on procède ensuite, par exemple par un procédé de photo-lithographie et gravure, à la réalisation de trous ou puits 11 traversant les couches diélectriques 6 et 10 et débouchant en des endroits situés au-dessus des pistes ou zones conductrices 5 et des trous ou puits 12 traversant la couche 10 et débouchant en des endroits situés au-dessus des zones ou pistes 1S conductrices 8. En se reportant à la figure 6, on voit qu'enfin on procède au dépôt d'une couche 13 en un matériau conducteur de l'électricité, par exemple en silicium polycristallin, en titane, en nitrure de titane, en tungstène ou en aluminium, ce matériau remplissant les trous ou puits 11 et 12 de facon à constituer des vias d'interoonnexion 11a et 12a. Puis, par un procédé de photo-lithographie et gravure, on réalise des zones supérieures conductrices 14 par enlèvement du matériau de la couche 13 extérieurement de ces zones, ces zones conductrices 14 s'étendant respectivement au-dessus d'au moins un des trous ou puits 11 et 12 réalisés précédemment et remplis par les vias de connexion 11a et 12a. Il résulte de ce qui précède que la structure optique intogrce 1, telle que représentée de facon définitive sur la figure 6, comprend des parties intogrces 15 conductrices de l'électricité qui comprennent respectivement des parties principales constituées par les pistes ou zones conductrices 5 réalisées sur le plan d'intogration sousjacent au coeur de transmission 9a et des parties secondaires constituces par les vias de connexion 1 la formés perpendiculairement à ce plan d'intégration, ainsi que des parties intogrces 16 conductrices de 1 l'électricité qui comprennent respectivement des parties principales constituces par les pistes ou zones conductrices 8 réalisces sur le plan d'intogration sousjacent à la couche supérieure 10 et des parties secondaires constituces par les vias de connexion 12a formés S perpendiculairement à ce plan d'intogration. Les vias de connexion 1 la et 12a sont accessibles extérieurement à la structure 1, les zones conductrices supérieures étant réalisces pour faciliter des connexions électriques extérieures des parties conductrices intogrces 15 et 16 et/ou pour réaliser, en fonction de besoins prédéterminés, des inter-connexions électriques sélectives entre ces parties conductrices intogrces. Dans l'exemple représentée sur la figure 6, la structure optique intogrce 1 est telle que les parties intogrces conductrices 15 et 16 sont placées à distance suffisante du coeur de transmission 9a du microguide optique 9 de façon à ne pas perturber la propagation de l'onde optique dans ce coeur de transmission 9a. Dans une variante de réalisation, les zones ou pistes conductrices 5 et 7 pourraient être formoes dans des tranchées ménagées dans les couches diélectriques 3 et 6, après polissage mécano-chimique des couches conductrices 4 et 7 remplissant ces tranchées. En se reportant aux figures 7 à 10, on va maintenant décrire une structure optique intogrée 100 mettant en oeuvre de façon particulière les dispositions décrites en référence aux figures 1 à 6. La structure optique 100 comprend, comme dans l'exemple précédent, une plaquette support 101 correspondant à la plaquette support 2 et successivement trois couches 102, 103 et 104 correspondant aux couches 3, 6 et 10. La structure 100 présente une cavité 105 creusce au travers des couches 102, 103 et 104 et dans la plaquette support 101 et présentant deux parois parallèles 105a et 105b, une paroi terminale c et un fond 105d. La cavité 105 est réalisce de façon à constituer un actionneur 106 qui comprend un organe mobile 107 dogagé en dessous et 1 présentant une branche principale 108 qui s'étend parallèlement aux parois 105a et lOSb et, de part et d'autre de cette branche principale 108, des branches secondaires transversales 109 et 110 espacces, ainsi que des parties fixes 111 et 112 qui sont en saillie par rapport aux S parois 105a et lO5b et dont les flancs ou faces latérales s'étendent parallèlement et à distance des flancs ou faces latérales des branches secondaires 109 de l'organe mobile 107. La face supérieure de l'organe mobile 107 et les flancs ou faces latérales de ses branches secondaires 109 et 110 sont recouvertes d'un dépôt en un matériau conducteur de l'électricité 113 de façon à constituer des électrodes. Les flancs ou faces latérales opposces des parties fixes 111 et 112 et la face supérieure de ces parties en saillie 111 et 112 sont munis respectivement de dépôts en un matériau conducteur de 1S l'électricité 114 et 115, isolés électriquement les uns par rapport aux autres de façon à constituer des électrodes indépendantes. Ces dépôts 114 et 115 se prolongent au-delà des parties en saillie 111 et 112 sur la face supérieure de la couche 104 de façon à constituer des zones supérieures indépendantes 116 et 117 conductrices de l'électricité. La face supérieure de la couche 104 porte en outre des dépôts en un matériau conducteur 118 et 119 qui passent à distance de la paroi terminale 105c de la cavité 105. De part et d'autre et à distance de la cavité 105, la structure optique 10 comprend les parties conductrices intégrces 120 et 121 qui correspondent aux parties conductrices intogrces 15 et 16 de l'exemple décrit en référence à la figure 6. Comme le montre la figure 9, les parties conductrices intégrces 120 comprennent des parties principales ou pistes intogrées 122 et des vias de connexion 123 qui sont respectivement formoes en dessous des zones conductrices supérieures 116 et de la zone conductrice supérieure 118. Ainsi, toutes les électrodes correspondantes 114 sont électriquement relices entre elles. De même, comme le montre la figure 10, les parties conductrices intogrces 121 comprennent des parties principales ou 1 pistes intogrces 124 et des vias de connexion 125 qui sont respectivement formées en-dessous des zones conductrices supérieures 116 et de la zone conductrice supérieure 118. Ainsi, toutes les électrodes correspondantes 115 sont électriquement relices entre elles. S Il est alors possible de relier l'ensemble des électrodes 114 et l'ensemble des électrodes 115 à une source d'énergie électrique uniquement par deux fils conducteurs de l'électricité 126 et 127, soudés respectivement à l'une des zones conductrices supérieures 116 et 117 ou aux zones conductrices supérieures 118 et 119. En alimentant en énergie électrique les électrodes 113 de l'organe mobile 107 par des moyens de connexion électrique non représentés tels qu'un fil électrique et en alimentant en énergie électrique sélectivement les électrodes 113 grâce aux fils électriques 127 et 128, on peut déplacer dans un sens ou dans l'autre l'organe mobile 107 de l'actionneur 106 parallèlement à sa branche principale 108. Dans un exemple, l'organe mobile 107 de l'actionneur 106 peut être relié à une poutre ou à une plate-forme de commutation optique portant un ou plusieurs micro-guides optiques telles que décrites dans les brevets FR-A-90 03 902 et FR-A-95 00 201. En se reportant aux figures 11 et 12, on voit qu'on a représenté une structure optique intogrce 200 qui comprend un interféromètre de Machzehnder 201 constitué par un micro-guide d'entrce 202, un micro-guide de sortie 203 et deux micro-guides 204 et 205 reliant en parallèle les micro-guides 202 et 203. La structure optique 200 comprend en outre une partie intogrce 206 conductrice de l'électricité, réalisce comme la partie conductrice intogrce 15 décrite en référence à la figure 6. Cette partie conductrice intogrée 206 comprend une partie principale 207 qui est réalisce sur le plan d'intogration des micro guides optiques précités et qui s'étend le long et à faible distance du micro-guide optique 205, ainsi que deux vias de connexion 208 et 209 permettant de relier électriquement les extrémités de la partie principale conductrice 207 à une source d'énergie électrique extérieure. 1 La partie principale 207 de la partie conductrice intogrce 206 peut alors constituer une résistance électrique chauffante susceptible de faire varier, par conduction thermique, la température du micro-guide optique 205, de telle sorte que l'interféromètre de Mach-zehnder 201 peut constituer un commutateur, un atténuateur, ou un interrupteur optiques. Selon une autre exécution, la partie principale 207 de la partie conductrice intogrce 206 pourrait être utilisce dans le but de mesurer la température de la structure dans son environnement. En se repportant à la figure 13, on peut voir qu'on a représenté une structure optique intogrce 300 qui se différencie de la structure optique intogrée 1 décrite en référence aux figures 1 à 6 par le fait qu'avant de déposer la couche conductrice 7 sur la couche diélectrique 6, on réalise au moins un trou 301 dans cette couche diélectrique 6 au-dessus d'au moins une piste ou zone conductrice 5. Lors du dépôt de la couche conductrice 7, le matériau la constituant remplit le trou 301 et constitue un via d'interconnexion 301a. Dans l'étape de gravure de la couche conductrice 7, une piste ou zone 3 est réalisce au-dessus du trou 301 et est relice électriquement à la piste ou zone 5 située au-dessous du via d'interconnexion 301a. On peut ainsi réaliser des liaisons électriques inter-niveaux. La présente invention ne se limite pas aux exemples ci dessus décrits. Bien des variantes de réalisation sont possibles sans sortir du cadre défini par les revendications annexces. 1 REVENDICATIONS 1. Structure optique intogrce comprenant une multiplicité de parties en au moins un matériau diélectrique, empilées selon des niveaux d'intogration et définissant au moins un micro-guide optique, caractérisé par le fait qu'elle comprend en outre au moins une partie intogrce (1S; 120; 206) en un matériau conducteur de l'électricité, interposoe ou insérce entre au moins deux desdites parties diélectriques et au moins une partie de connexion (lla; 123; 208) en un matériau conducteur de l'électricité, relice à ladite partie intogrce conductrice et accessible extérieurement auxdites parties diélectriques en vue d' au moins une connexion électrique extérieure de cette partie intogrce conductrice. 2. Structure selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite partie intogrce conductrice (1S) comprend au moins une 1 5 p artie princip ale (S) s 'étendant selon un niveau d' intogration et, sur au moins un endroit de cette partie principale, une partie secondaire (lla) s'étendant perpendicul airement aux plans d' intogration et travers ant au moins une partie diélectrique adjacente à cet endroit. 3. Structure selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite partie secondaire (lla) constitue une partie de connexion. extérieure. 4. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'elle comprend au moins deux parties intogrces conductrices (1S; 16) comprenant des parties principales (S; 8) s'étendant selon des niveaux d'intogration différents. S. Structure selon la revendication 4, caractérisé par le fait que lesdites parties intogrces conductrices comprennent des parties princip ales qui se croisent en un endro it et au mo ins une p artie secondaire s'étendant perpendiculairement aux plans d'intogration et traversant la ou les parties diélectriques séparant lesdites parties principales à cet endroit de façon à relier ces dernières. 6. Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'elle comprend au moins deux groupes de zones conductrices de l'électricité (116; 117), réalisces 1 selon au moins un niveau supérieur d'intogration et au moins deux parties intogrces conductrices (120; 121) comprenant respectivement au moins une partie principale (122; 124) s'étendant selon au moins un niveau d'intogration et des parties secondaires (123; 125) reliant respectivement leurs parties principales (122; 124) et les zones métalliques (116; 117) desdites groupes. 7. Structure selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'au moins l'une desdites zones conductrices supérieures (116; 117) comprend au moins une partie (114; 115) constituant une électrode. 8. Structure selon l'une quezlconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite partie intogrée conductrice (206) comprend au moins une partie principale intogrce (207) constituant une résistance électrique s'étendant le long et à proximité d'une partie d'un micro-guide intogré (205) et des parties secondaires (208, 209) accessibles extérieurement en vue d'une connexion électrique extérieure de cette partie principale. 9. Structure selon la revendication 8, caractérisé par le fait que ladite résistance électrique est une résistance électrique de chauffage. 10. Structure selon la revendication 8, caractérisé par le fait que ladite résistance électrique est une résistance électrique de mesure de température.