[發明專利]一種硅基光電器件集成方法

有效

• 申請號: 200910091402.6
• 申請日: 2009-08-19
• 公開（公告）號: CN101996947A
• 公開（公告）日: 2011-03-30
• 發明（設計）人: 李運濤;俞育德;余金中
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L21/822
• 分類號: H01L21/822;H01L21/768
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及光電集成技術領域，特別是一種硅基光電器件集成方法。

背景技術

根據所用材料體系和制造工藝的特征來劃分，硅基電學器件與光學器件集成包含單片集成和混合集成兩大類型。其中單片集成是指在同一片硅晶圓上利用半導體制造工藝技術、使多個相同或不同功能的硅基電學器件與光學器件在整體上構成陣列化、模塊化的單個芯片，以此實現一種或多種信息處理功能，混合集成所要實現的功能目標與單片集成基本相似，但所用材料通常為多個孤立的半導體襯底，分別制備電學器件與光學器件，然后采用壓焊、各種類型鍵合技術(Bonding)等將多種已制成的光學器件芯片和電學器件芯片從物理結構上組合為一個整體，通過內部的傳輸波導和互連導線進行光信號和電信號的對接，從而實現完整的信息處理功能。

目前所公知的硅電學器件與光學器件集成的方法如倒裝焊方法與鍵合方法，均是采用將硅電學器件與光學器件分別制備，然后再利用焊點或者膠將二者結合，這些方法雖然工藝簡單，但是卻存在對準誤差大，難以大面積實現光電集成制備單片芯片，集成度低，封裝復雜等問題。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明的主要目的在于提出一種硅基光電器件集成方法，其具有集成度高、單片集成、不存在對準誤差、封裝容易等優點。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種硅基光電器件集成方法，該方法包括：

在硅襯底上制備電子學器件；

在已經制備硅電子學器件的硅襯底上制備二氧化硅層；

在二氧化硅層上制備多晶硅；

在多晶硅上制備硅光子學器件；

刻蝕過孔，淀積金屬實現電學互連。

上述方案中，所述硅襯底為單晶硅，或者為多晶硅，或者為鍺硅。

上述方案中，所述在硅襯底上制備二氧化硅層采用化學汽相淀積、熱氧化、液相外延、磁控濺射或分子束外延方法。

上述方案中，所述在二氧化硅層上制備多晶硅采用化學汽相淀積、汽相外延、磁控濺射、液相外延、置換還原法或分子束外延方法。

上述方案中，所述刻蝕過孔采用干法刻蝕或濕法刻蝕。

(三)有益效果

本發明提供的硅基光電器件集成方法至少具有以下優點：

1)本發明提供的硅基光電器件集成方法所采用的工藝均為微電子標準工藝，易于實現，合格率高。

2)本發明提供的硅基光電器件集成方法集成度高，單片集成，易于封裝，尤其適合于高速電子學器件與光學器件集成芯片的制備。

附圖說明

為進一步說明本發明的內容及特點，以下結合附圖及實施例對本發明作一詳細的描述，其中：

圖1是本發明提供的硅基光電器件集成的器件結構示意圖；

圖2是本發明提供的硅基光電器件集成的方法流程圖；

附圖標記說明：

100：集成電路芯片

101：集成電路芯片電極

102：二氧化硅層

103：多晶硅層

104：硅光學器件

105：硅光學器件電極

106：過孔

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。

本發明提出了一種硅基光電器件集成方法，在硅襯底上首先制備電子學器件，然后在已經制備硅電子學器件的硅襯底上制備二氧化硅層作為硅電子學器件芯片的保護層和光子學芯片的埋層，在二氧化硅上通過生長或淀積多晶硅，與埋層二氧化硅一起形成絕緣體上的硅(SOI)結構，在此結構上制備硅光子學器件。硅電子學器件和光子學器件通過過孔淀積金屬實現電學互連。

請參閱圖1至圖2，圖中所示為本發明所選用的實施例結構。

圖1顯示了硅基光電器件集成的器件的結構示意圖。在已經制備集成電路的硅上通過化學汽相淀積的方法生長一層二氧化硅，厚度約為1微米，繼續在二氧化硅上用化學汽相淀積的方法生長一層多晶硅，厚度約為500納米，此時襯底硅，埋層二氧化硅和頂層多晶硅就構成了光子學元件所需的絕緣體上的硅結構，在多晶硅上可以通過微電子工藝制備各種功能的光學元件，刻蝕過孔后，將集成電路的電極通過淀積金屬引到頂層表面，再與光子學元件的電極通過壓焊的方法連接。

圖2示意出了硅基光電器件集成的方法流程圖：

步驟1、在硅襯底上制備電子學器件；

步驟2、通過化學汽相淀積的方法生長一層二氧化硅；

步驟3、在二氧化硅上用化學汽相淀積的方法生長一層多晶硅；

步驟4、在多晶硅上制備硅光子學器件；