[發明專利]一種多層硅片封裝結構中的信息傳輸裝置

有效

• 申請號: 201510366546.3
• 申請日: 2015-06-29
• 公開（公告）號: CN105006468B
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 儲佳
• 申請（專利權）人: 上海集成電路研發中心有限公司
• 主分類號: H01L23/528
• 分類號: H01L23/528;H01L21/768
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙)31275
• 代理人: 吳世華,林彥之

技術領域

本發明屬于半導體集成電路制造領域，涉及一種多層硅片封裝結構中的信息傳輸裝置。

背景技術

隨著微電子技術的不斷發展，芯片制造工藝細微化，促使集成電路封裝技術不斷發展，現在，三維封裝技術已被認為是未來集成電路封裝的發展趨勢，而且，三維封裝技術已經由芯片級的堆疊芯片封裝或者堆疊封裝技術發展到了晶圓級的硅通孔(Through Silicon Via，TSV)互連封裝技術。

硅通孔互連技術是通過在硅片和硅片之間制作垂直通孔，然后在硅片正面和背面形成互連微焊點，將多個集成電路功能模塊如存儲器、微處理器、光學傳感器等直接堆疊起來而不用外部引線互連進行封裝。硅通孔互連技術可以分為先通孔式(via first)和后通孔式(via last)兩種。先通孔式技術就是在硅片上集成電路制造完成之前形成互連通孔，這種技術可以是在芯片制造的最初幾步內形成硅通孔互連，也可以是在BEOL(Back-end of Line)之前形成硅通孔互連。后通孔式技術則是在BEOL或者整個集成電路制造完成之后再進行硅通孔互連。硅通孔內的填充材料包括一個絕緣層和一個用于導電的金屬層或者高摻雜的多晶硅。

請參閱圖1，圖1為現有技術中硅通孔互連結構的結構示意圖；圖1中具有若干層疊的半導體硅片10，半導體硅片10上具有TSV結構20，將若干半導體硅片10通過TSV結構20相連，以得到更好的封裝密度。

但是，采用硅通孔互連封裝技術的缺點是需要進行額外TSV的制造工藝，包括深孔光刻、刻蝕、清洗、介質淀積、阻擋層淀積、籽晶層淀積、銅電化學鍍、銅化學機械拋光等工藝，TSV的制造工藝為本領域技術人員熟知，在此不再贅述，此外，TSV通孔結構不僅占用相當部分芯片面積，同時也增加工藝成本，由于其結構特點，還可能產生鍵合、可靠性等問題。

因此，本領域技術人員亟需提供一種多層硅片封裝結構中的信息傳輸裝置，以解決現有的硅通孔互連封裝技術中工藝復雜、可靠性低、成本高的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種多層硅片封裝結構中的信息傳輸裝置，以解決現有的硅通孔互連封裝技術中工藝復雜、可靠性低、成本高的問題。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種多層硅片封裝結構中的信息傳輸裝置，包括若干層疊放置的半導體硅片，各層半導體硅片上均設有光電轉化器，通過互為發送光電信號從而實現半導體硅片中集成電路功能模塊之間的信息傳輸；其中，所述光電轉化器包括至少一個光發射器件及一個光接收器件以及至少一個光電轉化控制電路，所述光電轉化控制電路連接光發射器件及光接收器件，所述光發射器件及光接收器件在光電轉化控制電路的控制下，將需要傳輸的電信號通過光發射器件轉換為光信號輸出，或者將接收到的光信號通過光接收器件轉化為電信號輸出。

優選的，所述光發射器件以及光接收器件通過金屬互連線與半導體集成電路功能模塊連接，與集成電路功能模塊在制造過程中同時完成。

優選的，所述光發射器件的周圍形成有呈環狀的圍欄結構，所述圍欄結構內填充有金屬材料，以使所述光發射器件發出的光的傳輸路徑垂直于半導體硅片。

優選的，所述金屬材料為鎢。

優選的，所述圍欄結構的下端延伸至半導體襯底中的淺溝槽隔離結構中。

優選的，所述光發射器件為發光二極管。

優選的，所述光接收器件為光敏二極管或光敏電阻。

優選的，所述光發射器件或光接收器件的有源區的禁帶寬度小于半導體襯底的禁帶寬度。

優選的，所述光發射器件或光接收器件的有源區的材質為鍺硅或鍺。

優選的，所述光發射器件上設有用于提高電導性的硅化物層。

與現有的方案相比，本發明提供的多層硅片封裝結構中的信息傳輸裝置，在集成電路制造過程中，在半導體硅片上同時制造光電轉化器，利用光電信號進行芯片間的信息傳輸，無需對硅襯底進行通孔工藝，避免了繁瑣的硅通孔互連封裝工藝，相對于現有的硅通孔互連封裝技術，具有工藝難度低、易于實施、成本低等特點，與現有半導體集成電路制造工藝兼容。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現有技術中硅通孔互連結構的結構示意圖；

圖2為本發明多層硅片封裝結構中的信息傳輸裝置的結構示意圖；